(57)【要約】本発明は、第３段タービンノズルの翼形部輪郭に関する。第３段ノズルは、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った翼形部輪郭を含むベーンを有し、表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける翼形部輪郭を定める座標値である。  Ｘ、Ｙ及びＺ値は、拡大又は縮小されたノズル翼形部を得るために、同一の定数又は数値の関数として拡大縮小されることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の翼形部表面位置に対して垂直な方向に±０．１００インチの範囲内にあるエンベロープの翼形部の形状をしたノズルベーン（１４）を有するタービンノズルであって、
前記翼形部が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有し、前記表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、前記翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける前記翼形部輪郭を定める座標値であり、
前記Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成するようになっている、
ことを特徴とするタービンノズル。
【請求項２】
タービンの第３段（１２）の一部を形成することを特徴とする、請求項１に記載のタービンノズル。
【請求項３】
翼形部の形状をしたノズルベーン（１４）を有するタービンノズルであって、
前記翼形部が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有し、前記表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、前記翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける前記翼形部輪郭を定める座標値であり、
前記Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成し、
前記Ｘ、Ｙ及びＺ値が、拡大又は縮小されたノズル翼形部を得るために、同一の定数又は数値の関数として拡大縮小されるようになっている、
ことを特徴とするタービンノズル。
【請求項４】
タービンの第３段（１２）の一部を形成することを特徴とする、請求項３に記載のタービンノズル。
【請求項５】
複数のベーン（１４）を有するタービンノズルを含むタービンであって、
前記ベーンの各々が、任意の翼形部表面位置に対して垂直な方向に±０．１００インチの範囲内にあるエンベロープの翼形部の形状をしており、前記翼形部が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有し、前記表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、前記翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける前記翼形部輪郭を定める座標値であり、
前記Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成するようになっている、
ことを特徴とするタービン。
【請求項６】
前記タービンノズルが、該タービンの第３段（１２）を含むことを特徴とする、請求項５に記載のタービン。
【請求項７】
前記タービンノズルが、６０枚のベーン（１４）を有しており、またＸが、該タービンの回転軸線に平行な距離を表していることを特徴とする、請求項５に記載のタービン。
【請求項８】
複数のベーンを有するタービンノズルを含むタービンであって、
前記ベーンの各々が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有する翼形部の形状をしており、前記表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、前記翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける前記翼形部輪郭を定める座標値であり、
前記Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成し、
前記Ｘ、Ｙ及びＺ値が、拡大又は縮小されたノズル翼形部を得るために、同一の定数又は数値の関数として拡大縮小されるようになっている、
ことを特徴とするタービン。
【請求項９】
前記タービンノズルが、該タービンの第３段（１２）を含むことを特徴とする、請求項８に記載のタービン。
【請求項１０】
前記タービンノズルが、６０枚のベーンを有しており、またＸが、タービンの回転軸線に平行な距離を表していることを特徴とする、請求項８に記載のタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン段用のタービンノズルに関し、より具体的には、第３段タービンノズルの翼形部輪郭に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、最新式のガスタービンは、燃焼温度が高くなる傾向があり、様々なタービン部品の冷却を改善する努力がなされている。本出願人の特定のガスタービン設計においては、空気冷却を使用する高出力タービンを目下開発中である。タービンバケット及びノズルの設計及び構造には、最適化された空気力学的効率と同時に空気力学的及び機械的な耐負荷性が要求されることがわかるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の好ましい実施形態によると、タービン段、好ましくは第３段用の固有のタービンノズル翼形部輪郭が提供され、この翼形部輪郭は、負荷要件における必要な効率を達成し、それによって改良されたタービン性能が得られるような、固有の点の軌跡によって定められる。以下に示す表１のＸ、Ｙ及びＺ座標によって与えられる基準輪郭は、この固有の点の軌跡を定めていることを理解されたい。表１においてインチ単位で与えられた座標値は、ノズルベーンの各断面に対する低温すなわち室温輪郭のためのものである。各々の定められた断面は、隣接する断面と滑らかに結合されて、完全な翼形部形状を形成する。ノズルは使用中に高温になるので、応力及び温度の結果として、ノズルベーンの輪郭が変化することになることも分かるであろう。従って、低温すなわち室温輪郭は、製造目的のためにＸ、Ｙ及びＺ座標値によって与えられる。製造されたノズル翼形部輪郭は、以下の表に示した基準翼形部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でありまた任意の皮膜を含む、該基準輪郭から±０．１００インチの距離により、この設計のための輪郭エンベロープが形成される。この設計は、このようなばらつきに対して強く、機械的及び空気力学的機能を損なうこともない。
【０００４】
翼形部は、他の類似のタービン設計に取り入れるために幾何学的に拡大又は縮小することが可能であることも理解されたい。その場合、下に与えられた基準翼形部輪郭のＸ、Ｙ及びＺ座標値は、同一の定数又は数値の関数となる。すなわち、表に示したＸ、Ｙ及びＺ座標値を、同一の定数又は数値により乗算又は除算して、翼形部断面形状を維持しながらノズル翼形部輪郭の拡大又は縮小バージョンを得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の好ましい実施形態においては、任意の翼形部表面位置に対して垂直な方向に±０．１００インチの範囲内にあるエンベロープの翼形部の形状をしたノズルベーンを有するタービンノズルが提供され、該タービンノズルにおいて、翼形部が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有し、該表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける翼形部輪郭を定める座標値であり、Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成するようになっている。
【０００６】
本発明の別の好ましい実施形態においては、翼形部の形状をしたノズルベーンを有するタービンノズルが提供され、該タービンノズルにおいて、翼形部が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有し、該表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける翼形部輪郭を定める座標値であり、Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成し、Ｘ、Ｙ及びＺ値が、拡大又は縮小されたノズル翼形部を得るために、同一の定数又は数値の関数として拡大縮小されるようになっている。
【０００７】
本発明の更に別の好ましい実施形態においては、複数のベーンを有するタービンノズルを含むタービンが提供され、該タービンにおいて、ベーンの各々が、任意の翼形部表面位置に対して垂直な方向に±０．１００インチの範囲内にあるエンベロープの翼形部の形状をしており、該翼形部が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有し、該表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける翼形部輪郭を定める座標値であり、Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成するようになっている。
【０００８】
本発明の更に別の好ましい実施形態においては、複数のベーンを有するタービンノズルを含むタービンが提供され、該タービンにおいて、ベーンの各々が、表１にインチ単位で記載したＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従った被覆されていない基準輪郭を有する翼形部の形状をしており、該表１において、Ｚが、タービン中心線の半径に対して垂直でありかつＸ及びＹ値を含む平面からの垂直方向距離であり、該Ｚ値は、翼形部の半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まり、またＸ及びＹが、各距離Ｚにおける翼形部輪郭を定める座標値であり、Ｚ距離における輪郭が、互いに滑らかに結合されて完全な翼形部形状を形成し、Ｘ、Ｙ及びＺ値が、拡大又は縮小されたノズル翼形部を得るために、同一の定数又は数値の関数として拡大縮小されるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に図１を参照すると、ここには全体を符号１０で示すタービンの一部分が示されており、該タービンは、全体を符号１２で示す第３段を含む複数の段を有する。第３段１２は、複数のノズルを含み、該ノズルは、互いに円周方向に間隔を置いて配置された翼形部形状又は輪郭を有するベーン１４を含む。図示したタービン１０は、３つの段、すなわち、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたノズルベーン１８と回転可能なタービンホイール２２の周りに円周方向に間隔を置いて配置されたバケット２０とを有する第１段１６と、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたノズルベーン２６と第２段ホイール３０上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２８とを含む第２段２４と、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたノズルベーン１４と第３段ホイール３４上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３２とを含む第３段１２とを備える。ノズルベーン及びバケットは、ガスがタービンを通って矢印３６の方向へ流れる、該タービン内の高温ガス通路内に位置していることが分かるであろう。図示するように、第３段１２のノズルベーン１４は、それぞれ内側及び外側バンド３８及び４０間に配置され、該内側及び外側バンドによってノズルには、ロータ軸線の周りに環状空間が形成される。
【００１０】
図２を参照すると、ノズルベーン１４は、前縁４２と後縁４４とを有し、またノズルベーンセグメントは、該ノズルベーンセグメントをタービンの非回転ケーシングに固定するためのフック４６、４８を有する。ノズルベーンは、該ベーンを冷却するための、該ベーンを貫通した様々な通路を有することが分かるであろう。この特定タービンの第３段ノズルの図示した好ましい実施形態においては、該第３段を形成する６０枚のノズルベーンがある。
【００１１】
更に図２を参照すると、ここには第３段用のノズルベーン１４が示されており、この第３段用のノズルベーンは、Ｘ、Ｙ及びＺ値のデカルト座標系によって定められた翼形部輪郭を有する。座標値は、以下の表１においてインチ単位で記載されている。デカルト座標系は、Ｚ軸が、タービンロータの中心線からの半径に対して垂直な平面に垂直な方向に、つまりＸ及びＹ値を含む平面に対して垂直に延びている、直交関係のＸ、Ｙ及びＺ軸を有する。Ｚ距離は、半径方向最内側の空気力学的セクションにおけるＸ、Ｙ平面内のゼロから始まる。Ｘ軸は、タービンロータの中心線つまり回転軸線に平行に位置している。Ｘ、Ｙ平面に垂直なＺ方向の選ばれた位置におけるＸ及びＹ座標値を定めることによって、翼形部１４の輪郭を確定することができる。Ｘ及びＹ値を滑らかな連続した円弧で接続することにより、各距離Ｚにおける各輪郭断面が決定される。距離Ｚ間の様々な表面位置における表面輪郭が、互いに滑らかに接続されて翼形部を形成する。下表１に示した表の値は、インチ単位で記載されており、周囲温度、非作動又は非高温状態における翼形部輪郭を表しており、また被覆されていない翼形部のためのものである。符号規則により、デカルト座標系で一般的に使用されるように、Ｚ値に対して正の値が割当てられ、またＸ及びＹ座標値に対しては正及び負の値が割当てられる。
【００１２】
表１の値は、翼形部の輪郭を決定するために生成され、小数点以下第４位まで示されている。小数点以下第４位まで示されていない値は、第４位まで表そうとするならば、表示された数値の右側に０を加えればよい。更に、翼形部の実際の輪郭には、考慮しなければならない一般的な製造公差と皮膜とが存在する。従って表１に示した輪郭の値は、基準翼形部のためのものである。それ故、一般的な製造公差つまりプラス又はマイナス値と皮膜厚さとが下表１に示したＸ及びＹ値に加算されることが分かるであろう。従って、翼形部輪郭に沿った任意の表面位置に対して垂直な方向に±０．１００インチの距離が、この特定のノズルベーン設計及びタービンに対する翼形部輪郭エンベロープを形成する。好ましい実施形態においては、下表１に示したノズルベーンの輪郭は、タービンの第３段用のものである。そのような輪郭を有する６０枚のノズルベーンが、ロータ軸線の周りに互いに等しい間隔を置いて配置されて、第３段を構成する。
【００１３】
表１にインチ単位で示した座標値は、好ましい基準輪郭エンベロープを提供する。
【００１４】
【表１−１】
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【００１５】
【表１−２】
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【００１６】
【表１−３】
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【００１７】
【表１−４】
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【００１８】
【表１−５】
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【００１９】
【表１−６】
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【００２０】
【表１−７】
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【００２１】
【表１−８】
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【００２２】
【表１−９】
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【００２３】
【表１−１０】
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【００２４】
【表１−１１】
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【００２５】
【表１−１２】
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【００２６】
【表１−１３】
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【００２７】
【表１−１４】
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【００２８】
【表１−１５】
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【００２９】
【表１−１６】
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【００３０】
上記の表に開示した翼形部は、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１に記載した座標値は、翼形部断面形状が変化しない状態に維持されるように、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、同一の定数又は数値により乗算又は除算されたＸ、Ｙ及びＺ座標値によって表されることになる。
【００３１】
図３及び図４には、半径方向最外側及び最内側の輪郭５０及び５２が示され、また翼形部の長手方向に沿ったその他の様々な輪郭断面も示されている。図５の斜視図には様々な輪郭も示されており、また図６においては輪郭が互いに重ね合わされている。
【００３２】
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、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び等価な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】
【００３３】
【図１】本発明の翼形部又はベーン輪郭を採用した第３段ノズルを有するタービンの概略図。
【図２】そのノズルベーンを示す、ノズルセグメントの斜視図。
【図３】図２に示すノズルベーンを半径方向外端部から見た端面図。
【図４】図２に示すノズルベーンを半径方向内端部から見た端面図。
【図５】ベーンの長手方向に沿った様々な翼形部輪郭を示す、ノズルベーンの斜視図。
【図６】ベーンに沿った様々な半径方向位置における輪郭断面を示す、図３と同様な図。
【符号の説明】
【００３４】
１０  タービン
１２  第３段タービン
１４  第３段ノズルベーン
３８  内側バンド
４０  外側バンド
４２  前縁
４４  後縁
４６、４８  フック
【国際公開パンフレット】
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2004534922.tif 000021
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2004534922.tif 000112
【国際調査報告】
2004534922.tif 000113
2004534922.tif 000114
2004534922.tif 000115
2004534922.tif 000116
2004534922.tif 000117
2004534922.tif 000118
2004534922.tif 000119