(57)【要約】      （修正有）【課題】インピンジメントプレート、または第２の構成要素に対するインピンジメントプレートの取付けを損傷させる可能性がある熱誘起ひずみおよび応力を減少させるように適合されるインピンジメントプレートを提供する。【解決手段】プレート５０は、冷却孔を有する内部領域５２と、内部領域５２を囲んでおり内部領域５２の平面の外側に突出する周囲壁６０と、周囲壁６０を囲み、内部領域５２の平面から離れた一平面内に位置する周囲フランジ６８と、１つまたは複数の通し／肉厚リブ７０、７０Ａとを有する。このようなリブの１つ７０が、内部領域５２内に配置されてよく、内部領域５２の平面から離れるように外側へ突出していてよく、また、内部領域５２を横切って直線状に延在していてよい。【選択図】図１３
2012145105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成要素（１４、１６）を衝突冷却するように適合されたインピンジメントプレート（５０）であって、
衝突冷却孔（６２）として構成される貫通孔（６２）を有する、大部分が一平面内に位置する内部領域（５２）と、
前記内部領域（５２）を囲んでおり前記内部領域（５２）の平面の外側に突出する周囲壁（６０）と、
前記周囲壁（６０）を囲み、前記内部領域（５２）の平面から離れた一平面内に位置する周囲フランジ（６８）と、
前記内部領域（５２）内に配置されるかまたは前記周囲壁（６０）と前記周囲フランジ（６８）との間に配置される少なくとも第１の通し／肉厚リブ（６４、７０、７０Ａ）と
を有し、
前記第１のリブ（６４）が前記内部領域（５２）内に配置される場合、前記第１のリブ（６４）が、連なっておりかつ前記内部領域（５２）の平面から離れるように外側に突出しており、かつ、前記周囲フランジ（６８）の第１の部分から前記周囲壁（６０）の隣接する第１の部分を通ってさらに前記周囲壁（６０）の第２の部分を通って前記周囲フランジ（６８）の隣接する第２の部分まで、前記内部領域（５２）の幅全体を横切って直線状に延在し、
前記第１のリブ（７０、７０Ａ）が前記周囲壁（６０）と前記周囲フランジ（６８）との間に配置される場合、前記第１のリブ（７０、７０Ａ）が、連なっており、前記周囲フランジ（６８）の平面から外側に突出する、
インピンジメントプレート（５０）。
【請求項２】
前記第１のリブ（６４）が前記内部領域（５２）内に配置されることを特徴とする、請求項１記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項３】
前記インピンジメントプレート（５０）の前記周囲フランジ（６８）によって画定される周囲縁部（５８）のところに位置する複数のスポット溶接部（６６）により前記構成要素（１４、１６）に取り付けられることを特徴とする、請求項２記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項４】
前記周囲フランジ（６８）の前記第１および前記第２の部分の各々がそれぞれ前記スポット溶接部（６６）の第１および第２の隣り合う対の間に配置されることを特徴とする、請求項３記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項５】
前記第１のリブ（６４）が、前記内部領域（５２）内に配置され、連なっており、前記内部領域（５２）の平面から離れるように外側に突出しておりかつ前記周囲フランジ（６８）の前記第１の部分から前記周囲壁（６０）の前記隣接する第１の部分を通ってさらに前記周囲壁（６０）の前記第２の部分を通って前記周囲フランジ（６８）の前記隣接する第２の部分まで前記内部領域（５２）の幅全体を横切って直線状に延在する、離間される少なくとも一対のリブ（６４）のうちの１つであることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか１項記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項６】
前記第１のリブ（７０、７０Ａ）が前記周囲壁（６０）と前記周囲フランジ（６８）との間に配置されることを特徴とする、請求項１記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項７】
前記周囲壁（６０）と前記周囲フランジ（６８）との間に配置される第２のリブ（７０Ａ）をさらに有し、前記第２のリブ（７０Ａ）が連なっておりかつ前記周囲フランジ（６８）の平面に向かって突出し、前記第１のリブ（７０）が前記周囲フランジ（６８）の平面から離れるように突出する、請求項６記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項８】
前記第１のリブ（７０）が前記周囲フランジ（６８）の平面を通過するように突出することを特徴とする、請求項６記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項９】
前記構成要素（１４、１６）がターボ機械の構成要素（１４、１６）であり、前記インピンジメントプレート（５０）が、前記インピンジメントプレート（５０）の前記周囲フランジ（６８）によって画定される周囲縁部（６８）のところに位置する複数のスポット溶接部（６６）により前記構成要素（１４、１６）に取り付けられることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項記載のインピンジメントプレート（５０）。
【請求項１０】
前記構成要素（１４、１６）がノズルセグメント（１０）の側壁（１４、１６）であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項記載のインピンジメントプレート（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してターボ機械に関し、より詳細には、組立体の構成要素が異なる量だけ熱膨張することにより生じる熱誘起ひずみおよび応力を軽減しながらターボ機械の構成要素を冷却することができる方法およびハードウェアに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空ガスタービンエンジンおよび発電産業で使用される陸上用ガスタービンエンジンを含むガスタービンでは、それらの効率を向上させるために常に高い運転温度が求められる。しかし、運転温度が増すと、それに応じてエンジン部品の高温耐久性も向上しなければならない。鉄ベース、ニッケルベースおよびコバルトベースの超合金を形成することにより高温性能は大幅に進歩してきた。しかし、超合金の構成要素は、しばしば、タービン、燃焼器およびオーグメンタなどの、ガスタービンエンジンの特定の区間において適切な耐用寿命を有するように、空冷されならびに／あるいは何らかの形態の熱コーティングシステムおよび／または環境的コーティング（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｃｏａｔｉｎｇ）システムによって保護されなければならない。
【０００３】
例として、図１が陸上用ガスタービンエンジンのノズルセグメント１０の軸方向断面図を示している。ノズルセグメント１０は、タービンエンジンの環状の高圧タービン（ＨＰＴ）ノズル組立体を形成するように一体に組み立てられる複数のノズルセグメントのうちの１つである。ノズルセグメント１０は、エーロフォイルを画定して内側側壁１４と外側側壁１６（プラットホームまたはバンドとも称される）との間を延在する少なくとも１つの静翼１２で構成される。静翼１２ならびに側壁１４および１６は個別に形成され、その後側壁１４および１６内に画定される開口部内において静翼１２の端部をろう付けすることなどにより組み立てられてよい。別法として、セグメント１０全体は単体鋳造物（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｃａｓｔｉｎｇ）として形成されてもよい。静翼１２ならびに側壁１４および１６は、ガスタービンエンジンで使用されるのに適したタイプのニッケルベース、コバルトベースまたは鉄ベースの超合金などの従来の材料で形成されてよい。
【０００４】
静翼１２、ならびに、静翼１２に面する側壁１４および１６の表面は、エンジンの高圧タービン区間に位置することから、エンジンの燃焼器からの高温燃焼ガスを受ける。熱障壁コーティング（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ（ＴＢＣ））システムが、周囲環境保護のためにおよびセグメント１０への熱伝達を減少させるために、高温燃焼ガスに露出される静翼１２ならびに側壁１４および１６の表面に適用されてよい。別法としてまたは加えて、衝突冷却技術またはフィルム冷却技術などにより強制空冷を行うために、コンプレッサ抽気が静翼１２ならびに側壁１４および１６に供給されてよい。例として、図１は、ノズルセグメント１０の内側側壁１４および外側側壁１６の両方に対する衝突冷却技術の使用例を示しており、図２が側壁１６の衝突冷却を示すより詳細な図を提供している。図１では、インピンジメントプレート（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  ｐｌａｔｅ）１８および２０が、側壁１４および１６に連結されてそれらの間に空洞すなわちチャンバ２２を形成するものとして示されている。抽気がエンジンのコンプレッサ（図示せず）から引き出され、それぞれの側壁１４および１６から離れる方を向くインピンジメントプレート１８および２０の側に送られる。衝突冷却孔２４（図２）と称される場合がある多数の小さいアパーチャがプレート１８および２０内に存在し、これらは、静翼１２に向かい合う側壁１４および１６の表面に向かうように垂直方向に抽気を誘導し、それにより側壁１４および１６のいわゆる背面冷却が実現する。図２はさらに、フィルム冷却孔２６を有する外側側壁１６を示しており、これらのフィルム冷却孔２６を介して、チャンバ２２内の冷却空気が、エンジンの高温ガス経路に面する側壁１６の表面へと急な角度で排出され、それによりその表面においてフィルム冷却の効果が得られる。衝突冷却技術およびフィルム冷却技術は当技術分野ではよく知られており、したがってさらなる説明は必要ない。
【０００５】
予期されるように、過渡的なエンジン運転状態時、ノズルセグメント１０は加熱されたり冷却されたりするとその各々において膨張および収縮する。高温燃焼ガスに直接に接触することから、静翼１２ならびに側壁１４および１６は、側壁１４および１６が取り付けられている装着用ハードウェア（ｍｏｕｎｔｉｎｇ  ｈａｒｄｗａｒｅ）より大幅に高い温度を維持する。インピンジメントプレート１８および２０の両方の表面は冷却空気に直接に接触することから、インピンジメントプレート１８および２０も側壁１４および１６より低温になる傾向がある。その結果、通常、側壁１４および１６はインピンジメントプレート１８および２０よりも膨張／収縮する。
【０００６】
インピンジメントプレート１８および２０は、しばしば、重量を最小にして冷却孔２４を形成するのを単純化するために、薄板金属から作られる。プレート１８および２０は通常それぞれの側壁１４および１６に取り付けられ、しばしば、溶接部が用いられるか、溶接部とクランプの何らかの組合せが用いられる。非限定の例として、図３は、外側側壁１６内に画定されておりチャンバ２４（図示せず）を囲んでいる凹部２８内で入れ子状に収められているインピンジメントプレート２０の平面図を概略的に示しており、さらに、スポット溶接部３２により側壁１６に取り付けられたプレート２０の周囲部３０を示している。内側側壁１４およびそのインピンジメントプレート１８は、外側側壁１６およびプレート２０の場合の図３で示されるのと同様に構成されてよい。図４は、溶接部３２の１つを示す、図３の部分断面図である。プレート２０の周囲部３０が、概してＳ形の壁３４がその間にくるような形でプレート２０の躯体から分離した平面内に位置して示されている。
【０００７】
側壁１６は、熱膨張すると、図４においては、上で説明したように側壁１６とプレート２０との温度差によりプレート２０の周囲部３０を超える距離で左側に移動する。溶接部３２がプレート２０を側壁１６に堅固に取り付けていることから、溶接部３２内さらにはプレート２０内でひずみおよび応力が発生する。したがって、プレート２０および溶接部３２は共に、高温の往復運動（ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）の際に側壁１６が熱膨張するときに発生する熱誘起ひずみおよび応力により損傷しやすくなる。その周囲部に沿って同様のＳ形部分を有するインピンジメントプレートを開示している米国特許第４，６９３，６６７号明細書で報告されているように、プレート２０のＳ形の壁３４はプレート２０と側壁１６との熱膨張の差異にある程度対応することができる。しかし、経験により、比較的薄いインピンジメントプレート１８および２０ならびに図３および４に示されるタイプの溶接部３２はそれでもひび割れおよび断片化を起こしやすいことが分かっている。
【０００８】
プレート２０内のクラックおよび空隙は、抽気がプレート２０を通って流れるときにそこを通過して流れることができる追加の通路を形成してしまうことから、プレート２０が損傷すると、直接的な構造的問題を引き起こすようなことはないが、冷却空気が側壁１６に向かって流れるときの効率が不十分になることから側壁１６の酸化およびひび割れにつながる場合がある。また、プレート２０内のクラックおよび空隙は抽気を過度に損失させてエンジン全体の効率を低下させる場合がある。したがって、エンジンの運転中にひび割れが起こる可能性を低下させるためにより強固なインピンジメントプレートのデザインが必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、プレートを損傷させる可能性がある熱誘起ひずみおよび応力を軽減しながら、例えばノズルセグメントの一方または両方の側壁といったようなターボ機械の構成要素を冷却するのに適したインピンジメントプレートを提供する。
【００１０】
本発明の第１の態様によると、インピンジメントプレートは、衝突冷却孔として構成される貫通孔を有する、大部分が一平面内に位置する内部領域と、内部領域を囲んでおり内部領域の平面の外側に突出する周囲壁と、周囲壁を囲み、内部領域の平面から離れた一平面内に位置する周囲フランジと、内部領域内に配置されおよび／または周囲壁と周囲フランジとの間に配置される１つまたは複数の通し／肉厚リブ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｒｉｂ）とを有する。リブが内部領域内に配置される場合、このリブは、連なっておりかつ内部領域の平面から離れるように外側に突出しており、かつ、周囲フランジの第１の部分から周囲壁の隣接する第１の部分を通ってさらに周囲壁の第２の部分を通って周囲フランジの隣接する第２の部分まで、内部領域の幅全体を横切って直線状に延在する。リブが周期壁と周囲フランジとの間に配置される場合、このリブは連なっておりかつ周囲フランジの平面の外側に突出している。
【００１１】
本発明の別の態様は中にインピンジメントプレートが設置されるターボ機械の構成要素であり、その非限定の例はガスタービンエンジンのノズルセグメントの側壁である。
【００１２】
本発明の技術的効果は、インピンジメントプレートとインピンジメントプレートが取り付けられる構成要素との差異のある熱膨張（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｇｒｏｗｔｈ）を補償しそれによりインピンジメントプレート内およびインピンジメントプレートを構成要素に取り付けるための手段（例えば、溶接部）内の剪断応力を減少させる、インピンジメントプレートの能力である。このようにして、インピンジメントプレートは溶接部の寿命を延ばすことができ、さらには、インピンジメントプレートとインピンジメントプレートが取り付けられている構成要素との差異のある熱膨張につながるような高温の往復運動時のひび割れを減少させることができる。
【００１３】
本発明の別の態様および利点は以下の詳細な説明からより良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術によるガスタービンエンジンのためのノズルセグメントを示す断面図である。
【図２】図１のノズルセグメントの側壁、および、その側壁に取り付けられたインピンジメントプレートを示す詳細な断面図である。
【図３】図２のノズルセグメントの側壁に対するインピンジメントプレートの取付けを示す平面図である。
【図４】図３の断面４−４に沿った詳細な断面図である。
【図５】図１の側壁のうちの１つに取り付けられるのに適したインピンジメントプレートを示す斜視図であり、ここでは、プレートの一領域が本発明の一実施形態による通し／肉厚リブを有するように形成される。
【図６】図５のインピンジメントプレートの領域を示す詳細図である。
【図７】図６の断面７−７に沿った断面図である。
【図８】図５から７の通し／肉厚リブの代替形態である通し／肉厚リブを示す断面図である。
【図９】図５から７の通し／肉厚リブの代替形態である通し／肉厚リブを示す断面図である。
【図１０】図５から７の通し／肉厚リブの代替形態である通し／肉厚リブを示す断面図である。
【図１１】図５から７の通し／肉厚リブの代替形態である通し／肉厚リブを示す断面
【図１２】図１の側壁のうちの１つに取り付けられるインピンジメントプレートを示す平面図であり、ここでは、インピンジメントプレートの周辺部領域が本発明の別の実施形態による通し／肉厚リブを有するように形成される。
【図１３】インピンジメントプレートの周辺部領域のための２つの代替の通し／肉厚リブを示す、図１２の断面１３−１３に沿った別の詳細な断面図である。
【図１４】インピンジメントプレートの周辺部領域のための２つの代替の通し／肉厚リブを示す、図１２の断面１３−１３に沿った別の詳細な断面図である。
【図１５】プレートを固定するためのクランプを示す、図１２の断面１５−１５に沿った詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図５から１５は、本発明に包含されるインピンジメントプレート５０のための実施形態を概略的に示している。複数の実施形態が示されているが、便宜上、図５から１５までを通して同じ要素または機能的に同等な要素を示すのに共通の参照符号が使用される。以下の考察より明らかとなるように、インピンジメントプレート５０は、図１に示されるノズルセグメントに類似するノズルセグメントで使用され得るが、異なる構成を有するノズルセグメントも本発明の範囲内にある。いずれの場合も、インピンジメントプレート５０は、例えば陸上用ガスタービンエンジンまたは航空ガスタービンエンジンといったようなガスタービンエンジンのノズル組立体内での使用法を参照して説明される。しかし、本発明の利点が、限定しないがガスタービンエンジンの別の高温区間を含めた、衝突冷却の恩恵を受ける別の様々な構成要素に適用され得ることも理解されたい。最後に、以下に提示される説明を容易にするために、「垂直」、「水平」、「横方向」、「前側」、「後側」、「側方」、「前方」、「後方」、「上側」、「下側」、「上方」、「下方」、「右」、「左」などの用語は図５のプレート５０の向きのパースペクティブを基準にして使用され、したがってこれらは相対的な用語であり、それ以外にプレート５０の構造、設置および使用法を制限するものとしてまたは本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１６】
プレート５０は、ニッケルベース、コバルトベースおよび鉄ベースの合金などの従来の材料を含めた、ガスタービンエンジンで使用されるのに適する様々な材料から形成されてよい。プレート５０は、両側の表面５４および５６を画定する内部領域５２を有し、これらの表面５４および５６の一方は、図１から４で示されるインピンジメントプレート１０の場合に説明したようにノズルセグメントの側壁に面するように適合される。また、やはり図１から４のインピンジメントプレート１０に対して説明したときと同様に、プレート５０は、プレート５０がノズルセグメントの側壁に取り付けられてそれらの間に空洞すなわちチャンバ（図示せず）を画定するのを可能にすることを意図されている外形線を有する周囲縁部５８を有するように示されている。インピンジメントプレート５０は図５では概して平坦な形状を有するように示されているが、側壁の湾曲に一致するように、および、中にノズルセグメントが組み立てられているノズル組立体の全体的な湾曲に一致するように、いくらか湾曲している。しかし、プレート５０の種々の態様を説明するのに都合がよいように、プレート５０は、例えば内部領域５２および周囲縁部５８が位置する平面を基準にして説明される。プレート５０はまた、縁部５８を画定する周囲フランジ６８に隣接しているがそこから内側に離間されている、内部領域５２を完全に囲む周囲壁６０を有するように描かれている。壁６０があることで、プレート５０の内部領域５２が、エンジンの径方向において周囲フランジ６８を含む平面から離間される平面内に位置するようになる。壁６０はフランジ６８から離れて内部領域５２に向かうように内側に傾斜して示されているが、壁６０が、フランジ６８によって画定される平面に対して垂直であるかその平面に対して別の何らかの角度を有していてもよいことを理解されたい。
【００１７】
プレート５０内のひずみおよび応力を考察するために、図５は、中にプレート５０が設置され得るノズル組立体の軸方向および円周方向にそれぞれ一致する軸方向およびフープ方向を示す表記を含む。エンジンのコンプレッサ（図示せず）から引き出される抽気などの冷却空気が、側壁から離れる方を向くインピンジメントプレート５０の表面５２に供給され得る。便宜上、図５は、側壁の背面冷却を実現するためにプレート５０に面する側壁の表面に向かうように冷却空気を垂直方向に誘導するようにプレート５０内に存在する、図１および２を参照して説明したような、潜在的に多数存在する小さいアパーチャ（衝突冷却孔）６２を１つのみ示している。その後、冷却空気は、図２に本質的に描かれている、側壁内に形成されるフィルム冷却孔などの冷却孔を介してチャンバから出ることができる。本発明は当技術分野でよく知られている衝突冷却技術およびフィルム冷却技術を利用することができ、したがって、本発明のこの態様をさらに詳細には説明しない。プレート５０の上にまたはプレート５０を貫通するように画定され得るまたは存在し得る別の特徴は図５には示されていないが、このような特徴が存在することも本発明の範囲内にあることを理解されたい。
【００１８】
図５および関連する図６の詳細な図で描かれているインピンジメントプレート５０の実施形態は、通し／肉厚リブ６４を有するように示されている。本発明の好適な態様によると、リブ６４は、例えば側壁がプレート５０より高温になった場合に（プレート５０が取り付けられている）側壁がプレート５０より大きく熱膨張することにより発生し得るプレート５０内の剪断応力を減少させる働きをする。「通し／肉厚」という用語は、本明細書では、リブ６４が内部領域５２の厚さ全体を通って延在し、それにより、内部領域５２の表面５４に連続する隆起表面が作られ、内部領域５２の反対側の表面５６に連続する凹部表面が作られるという意味で使用される。図５および６に示されるように、リブ６４はプレート５０の内部領域５２の限定された部分の中に位置するように示されているが、リブ６４が内部領域５２の全体に存在するかまたは内部領域５２の追加の部分すなわち別の部分に存在してもよいことを理解されたい。
【００１９】
図６は、周囲縁部５８に沿って位置するスポット溶接部６６の多様な配置を概略的に示しており、プレート５０はこのスポット溶接部６６によりその側壁に取り付けられ得る。溶接部６６はプレート５０とその側壁との間に離間した堅固な取付け箇所を画定することから、高温の往復運動の際に側壁がプレート５０よりも大きく熱膨張すると、プレート５０内にひずみおよび応力が発生する。各リブ６４は直線状に示されており、内部領域５２の平面から離れるように外側に突出しており、また、リブ６４が横切っているところの内部領域５２の幅によって分離される周囲壁６０の２つの部分の間において内部領域５２の幅全体を横断して延在している。リブ６４はまた、壁６０のそれらの２つの部分を通って延在するように示されており、壁６０のそれらの部分が周囲フランジ６８と共に画定する各々の交差部分のところで終端している。好適な実施形態では、リブ６４はフランジ６８を通って縁部５８までは連続せず、したがってプレート５０とその側壁との間で冷却空気が漏洩するのを阻止するフランジ６８の能力に干渉しない。本発明の好適な態様によると、各リブ６４は、周囲フランジ５８の２つの部分に隣接する２箇所で終端するように示され、各々が、プレート５０の周囲縁部５８上の隣り合う一対の溶接部６６の間にある。したがって、プレート内部領域５２の平面に対して垂直な方向のリブ６４を通る平面は溶接部６６を通過しない。このようにして、リブ６４の両側のプレート５０の壁区間は図７に示されるようにリブ６４を横切る方向において離れるように移動することができ、このような移動は、リブ６４が変形することから、リブ６４によって吸収されることが可能であり、リブ６４のこの変形は、図７に見られるリブ６４の湾曲部を基準にして伸びるものとしてすなわち平坦になるものとして概して説明され得る。
【００２０】
リブ６４は、直線状であることに加えて、図５および６では、プレート５０の軸方向に実質的に平行な向きで示されており、それによりプレート５０のフープ方向における熱膨張を補償するリブ６４の能力が向上する。この向きは、ノズル組立体が環状構造であることによりフープ方向に発生する可能性がある大きい熱膨張に対応することを意図しているが、プレート５０の軸方向の熱膨張をより良好に補償するためにリブ６４がフープ方向に平行となるように方向付けられ得るかあるいは軸方向またはフープ方向に対して別の何らかの角度を有するように方向付けられ得ることも予見可能である。リブ６４の適切な数および隣り合うリブ６４の間の適切な間隔は解析および／または実験的試験を通して決定され得る。リブ６４の数および間隔が、プレート５０をその側壁に取り付けている溶接部６６の数および間隔にも部分的に依存することを理解されたい。
【００２１】
リブ６４の断面輪郭または断面形状はプレート５０内で同一であっても多様であってもよい。図８では、リブ６４はその両側の表面（プレート５０の表面５４および５６に対応する）において概して等しい曲率半径（Ｒ１）を有するように示されており、さらに、各々がＲ１の概して２倍の大きさであるフィレット半径（Ｒ２）を有するように示されている。別法として、図９が、その内側表面（プレート５０の表面５６に対応する）の曲率半径（Ｒ１ｂ）より大きいその外側表面（プレート５０の表面５４に対応する）の曲率半径（Ｒ１ａ）を有するリブ６４を示しており、したがってリブ６４はこれらのリブ６４の間のプレート５０の残りの部分より薄くなっている。その両側の表面（プレート５０の表面５４および５６に対応する）において概して等しい曲率半径（Ｒ１）を有しさらにＲ１より小さいフィレット半径（Ｒ２）を有する、リブ６４の別の実施形態が図１０に示されている。図８から１０の構成の解析により、リブ６４を省略していることのみが異なるインピンジメントプレートと比較して、それらの隣り合う溶接部６６内の剪断応力を約５０％以上減少させることができることが示された。リブ６４と半径Ｒ１およびＲ２との別の組合せも本発明の範囲内にある。例えば、図１１が、複数のリブ６４がプレート５０の内部領域５２内で隣り合って画定されている一実施形態を描いている。図１１に描かれるリブ６４は、すべてのリブがプレート５０の周囲縁部５８の両側部分に沿って隣り合う溶接部６６の対の間に収容されるように十分に密接して離間していてよい。リブ６４は本質的に互いに平行であり、正弦波形状の断面を画定する。図７から１１には連続する断面湾曲部を有するリブ６４が示されているが、リブ６４に対して、長方形断面形状や、曲線断面形状と長方形断面形状との両方の組合せも予見可能である。
【００２２】
上記を考慮すると、リブ６４は、プレート５０およびその側壁の差異のある熱膨張を補償しそれによりリブ６４の隣り合う対の間の溶接部６６内の剪断応力を減少させることを意図されている。その結果、プレート５０は溶接部の寿命を延ばすことができ、さらには、中にプレート５０およびそのノズルセグメントが設置されるガスタービンエンジンの運転時のひび割れを減少させることができる。プレート５０の剛性を向上させる能力により、リブ６４の別の態様が得られる。
【００２３】
図１２から１５が、溶接部６６の寿命を延ばすことさらにはプレート５０内で成長するクラックの発生率を減少させることを意図する別の手法を示している。特に、図１２から１４は、周囲壁６０と周囲フランジ６８との間に画定される少なくとも１つのリブ７０を有するインピンジメントプレート５０を示している。リブ７０は好適にはプレート５０の周囲部全体に沿って連続しているが、一部の状況では不連続のすなわち断続的なリブ７０が許容され得ることも予見可能である。リブ７０は、図５から１１を参照して説明したリブ６４に対する代替形態であってよく、またはリブ６４に加えられてもよい。図１２および特に図１５がさらに、クランプ７２を用いて隣り合う縁部５８のうちの２つに沿って固定された状態のプレート５０を示している。各クランプ７２はプレート５０の隣り合う縁部５８と隙間を画定しており、したがって、縁部５８がプレート５０の内部領域５２から離れる方向に移動することが可能である。クランプ７２が含まれることは、図５から１１に示される本発明の実施形態にも同様に適用可能である任意選択の特徴である。
【００２４】
図１３を参照すると、プレート５０の壁６０が周囲フランジ６８の平面に向かって好適にはその平面に到達するように延在しており、また、リブ７０が、フランジ６８の平面から離れるように外側に、さらには、溶接部６６によりプレート５０が取り付けられている側壁１６の表面の平面から離れるように、突出している。図１３に描かれる断面形状は、隣り合うリブの対、すなわち、壁６０と同じ方向においてフランジ６８の平面の外側に突出するリブ７０、ならびに、壁６０の一部分とリブ７０の一部分とによって画定されしたがってフランジ６８の平面に向かって突き出る反対側に突出する第２のリブ７０Ａ、を効果的に画定する。リブ７０および７０Ａは共に側壁１６の表面の平面の同じ側に配置されて示されている。図１４の実施形態は、リブ７０が壁６０から下方向に突出しておりしたがってフランジ６８の平面を貫通してその平面の外側に向かうようにさらには側壁１６の表面を含む平面を貫通してその平面の外側に向かうように突出している、ことが異なる。
【００２５】
周囲部の連続するリブ７０および７０Ａ（図１３）またはリブ７０（図１４）の効果により、側壁１６が、プレート５０よりも大幅に、図１２の矢印によって示されるように実質的に任意の方向（軸方向およびフープ方向を含む）に伸長することが可能となる。より具体的には、リブ（複数可）７０／７０Ａを囲むプレート５０のフランジ６８は、側壁１６と共に、図１２、１３および１４内の矢印によって示されるようにプレート５０の内部領域５２から離れかつリブ（複数可）７０／７０Ａを横切る方向に移動することができ、この動きは、図１３および１４に見られるリブ（複数可）７０／７０Ａの湾曲部を基準にして伸びるものとしてすなわち平坦になるものとして概して説明され得る形でリブ（複数可）７０／７０Ａが変形することで、リブ（複数可）７０／７０Ａにより吸収され得る。このように、リブ（複数可）７０／７０Ａは、差異のある熱膨張を補償しさらにはプレート５０を側壁１６に取り付ける溶接部６６内の剪断応力を減少させることができる。リブ（複数可）７０／７０Ａは、プレート５０の面外剛性を向上させるという追加の利点をもたらすことができる。
【００２６】
本発明を特定の実施形態に関連させて説明してきたが、当業者により別の形態が採用され得ることは明白である。例えば、インピンジメントプレート５０が設置されるノズルセグメントは、本発明の意図される対象物のうちの１つまたは複数を依然として実現しながら、これらの図に示される構成とは異なるように構成され得る。さらに、プレート５０の周囲部の幾何学的外形線または形状は、プレート５０が取り付けられる側壁の幾何形状に依存する。したがって、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲のみによって限定される。
【符号の説明】
【００２７】
１０  セグメント
１２  静翼
１４  側壁
１６  側壁
１８  プレート
２０  プレート
２２  チャンバ
２４  孔
２６  孔
２８  凹部
３０  周囲部
３２  溶接部
３４  壁
５０  プレート
５２  領域
５４  表面
５６  表面
５８  縁部
６０  壁
６２  アパーチャ
６４  リブ
６６  溶接部
６８  フランジ
７０  リブ
７０Ａ  リブ
７２  クランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
2012145105000001.pdf