(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側及び内側バンド（１４、１６）に固定接合された複数の羽根（１２）を備えるタービンノズル（１０）であって、
前記羽根の各々は、向かい合って前縁及び後縁（２４、２６）の間を弦方向に、及び前記バンドの間をスパン方向に延びる第１及び第２の側壁（２０、２２）と、前記側壁の間を該側壁と一体に延びて、前側に前記前縁により境界される前方キャビティ（３０）を、後側に前記後縁により境界される後方キャビティ（３２）を定める内部ブリッジ（２８）とを含み、
各々の羽根はさらに、前記側壁に沿って弦方向に延び、そこから内向きに前記キャビティ内に突出する複数の細長いサイドリブ（３４）を含み、
前記リブの各々は、前記ブリッジから前記リブを切り離すために、前記ブリッジに隣接する位置で切断されており、
前記タービンノズル（１０）は更に、
前記前方及び後方キャビティの内部にそれぞれ配置され、前記リブ（３４）により前記前方及び後方キャビティの中央側に間隔をもって位置させられた、前方及び後方衝突バッフル（３６、３８）と、
前記バッフル（３６、３８）を前記キャビティ内に当接するように、前記キャビティ（３０、３２）の各々の後端に配置された端リブ（５６ａ、ｂ）と
を備えることを特徴とするタービンノズル（１０）。
【請求項２】
前記第１の側壁（２０）が外向きに凸状であり、前記リブ（３４）が、前記ブリッジ（２８）において、前記リブ（３４）と前記ブリッジ（２８）との間に位置する対応するフィレット（４２）の近くで終わることを特徴とする請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記リブ（３４）が、前記ブリッジ（２８）から前方及び後方に、前記側壁（２０、２２）に沿って前記キャビティ（３０、３２）の内側で側壁の弦方向の大部分の長さにわたって延びることを特徴とする請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
外側及び内側バンド（１４、１６）に固定接合された複数の羽根（１２）を備え、
前記羽根の各々は、前縁及び後縁（２４、２６）間を弦方向に、及び前記バンドの間をスパン方向に互いに向かい合って延びる第１の凸状側壁（２０）及び第２の凹状側壁（２２）と、前記側壁間を一体に延びる内部ブリッジ（２８）とを含み、該内部ブリッジ（２８）は、前記前縁により境界された前記ブリッジより前側の前方キャビティ、及び前記後縁により境界された前記ブリッジより後側の後方キャビティ（３２）を定めており、
各々の羽根はさらに、前記側壁に沿って弦方向に延び、該側壁から内向きに前記キャビティ内に突出する複数の細長いサイドリブ（３４）を含み、
前記リブの各々は、前記ブリッジから前記リブを切り離すために、前記ブリッジに隣接する位置で切断されており、
前記前方及び後方キャビティの内部にそれぞれ配置され、前記リブ（３４）により前記キャビティの中央側に間隔をもって位置させられた前方及び後方衝突バッフル（３６、３８）を備え、
前記リブ（３４）が前記ブリッジ（２８）との間に位置する対応するフィレット（４２）において終わっており、前記キャビティ（３０、３２）の各々の後端に、キャビティ内の前記バッフル（３６、３８）に当接する端リブ（５６ａ、ｂ）がさらに設けられていることを特徴とするタービンノズル（１０）。
【請求項５】
前記後方キャビティ（３２）と流体連通するように前記羽根（１２）の各々に設けられた後縁冷却回路（４４）をさらに含み、該冷却回路は、前記スパン方向に沿って間隔を置いて配置された複数の隔壁（４６）を含み、前記後縁（２６）において対応する開口部（５０）で終わる対応する排出経路（４８）を構成しており、
前記後方キャビティ（３２）内の前記端リブ（５６ｂ）は、前記隔壁（４６）の１つから前方に前記後方キャビティ（３２）内に延びており、
前記前方キャビティ内の前記端リブは、前記側壁の間において前記ブリッジ（２８）と一体に形成され、前記側壁から前記端リブを切り離すために前記側壁において切断されている、
ことを特徴とする請求項４に記載のノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、エンジン内の高圧タービンノズルに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジンにおいては、空気を圧縮機で加圧し、燃焼器内で燃料と混合して高温の燃焼ガスを生成し、燃焼器から下流側に配置されたいくつかのタービン段において、この燃焼ガスからエネルギーを取り出す。高圧タービン（ＨＰＴ）が、最初に最高温の燃焼ガスを燃焼器から受け取って圧縮機を駆動し、さらに、燃焼ガスから付加的なエネルギーが低圧タービン（ＬＰＴ）において取り出され、該低圧タービンは、典型的には、航空機用ターボファンエンジンへの適用においてファンを駆動する。
【０００３】
ＨＰＴは、固定タービンノズルを含んでおり、このノズルは、まず燃焼器から燃焼ガスを受け取り、該燃焼ガスを、対応するロータディスクに支持される１段目のタービンロータブレードへ導く。タービンノズルは、圧縮機からの加圧された吐出空気を用いる空気冷却により、高温の燃焼ガスから保護される。ノズルは中空のステータ羽根の列を含んでおり、ステータ羽根は、該羽根の側壁を貫通して延びる多数の様々な孔を通じて空気を排出する内部冷却回路を備える。
【０００４】
羽根の翼形部の三次元空力的な外形と、その正圧側及び負圧側の面に種々の熱負荷がかかることから、ノズル冷却は本質的に複雑である。燃焼過程から反らされた冷却空気の量を最小限にすると同時に、各々の羽根が受ける温度差と、該温度差により熱に起因して生じる応力を同様に最小限にするために、遭遇する熱負荷に対する冷却空気の所要量を適合させることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、羽根自体は、高温の燃焼ガスに直接曝されており、熱膨張及び収縮の差に起因する熱応力を最小限にするために、比較的低温の外側及び内側バンド、通常は、周状のセグメントに取り付けられる。通常の冷却装置においては、冷却空気を個別の噴流状で羽根の内面に向け、羽根の冷却を強めるために、各羽根の内側に孔あき衝突バッフルすなわちインサートを取り付けている。衝突バッフルは、衝突冷却を制御するために、個々のノズルの設計に応じてバッフル又は羽根の内面のいずれかに隔離構造を形成して、羽根の内面から正確に間隔を置いて配置する必要がある。
【０００６】
従来設計の１つにおいて、各々の羽根は、２つの側壁の間に延びて前方及び後方半径方向のキャビティを構成する弦方向中間部隔壁すなわちブリッジを含み、該キャビティ内に対応する衝突バッフルが配置される。２つのキャビティは、圧縮機の吐出空気の配分を別個に与えられ、各羽根の前方及び後方部を個別に冷却して外部熱負荷に良好に適合させる。
【０００７】
しかしながら、ブリッジは、羽根の内側に取り付けられ、それ自体は羽根の内側に向けられた空気で直接冷却されるので、比較的低温で作動される。したがって、低温のブリッジは、比較的低温及び高温の作動温度に起因する相当な熱膨張及び収縮の差がある局部領域において、２つの高温の側壁に接合される。
【０００８】
それにも拘らず、商業的な慣行では、低温ブリッジのタービンノズル設計が一般的である。例えば、低温のブリッジで分離された２つの衝突バッフルを備えるタービンノズルは、合衆国において何年もの間、商業的使用において成功してきた。この例示的なノズルは、各キャビティ内において相対する側壁上に軸方向又は弦方向に延びるように配置されたサイドリブを含み、該サイドリブが対応するキャビティの中央に各衝突バッフルを位置決めするための隔離構造を構成する。
【０００９】
サイドリブは、羽根の薄い側壁を補強するか又は強度を与え、側壁との間に比較的小さなすき間をもった状態で衝突バッフルを支持する。バッフルの孔を通して排出された空気は、まず側壁の内面に衝突し、次いで、リブにより半径方向に拘束され、前方及び後方キャビティにおける羽根の側壁を貫通し傾斜して延びるフィルム冷却孔を通じて排出され、同時に、後縁冷却回路から排出される。
【００１０】
商業的に使用されるノズルの後縁冷却回路は、軸方向に延びる隔壁、又は後方キャビティの後端から羽根の後縁まで延びる別のブリッジを含む。隔壁は、羽根のスパン方向に沿って間隔を置いて配置され、後縁に位置する対応する開口部で終わる対応する後縁排出流路を構成する。後縁冷却回路を通じて排出される使用後の衝突空気による冷却効果を高めるために、半径方向に延びる乱流器が後縁冷却回路内に位置する。
【００１１】
上に紹介した商業的なノズル例において、両方の羽根側壁の内側にあるサイドリブは、低温のブリッジまで延び、該ブリッジと一体に形成される。このようにして、サイドリブは、スムーズな移行により側壁と低温のブリッジとの隅部接合部の回りを取り巻く。
【００１２】
前方キャビティの後端を取り巻くサイドリブは、効果的な隔離構造を構成し、前方衝突バッフルの後方移動を制限して、低温ブリッジとの最小限の隙間を維持する。同様に、羽根の負圧側の側壁に沿った後方キャビティのサイドリブはまた、相対する正圧側の側壁の方向に廻り込むか又は融合し、ここで２つの側壁は、互いに後縁のすぐ前で緊密に収束する。後縁隔壁のうちの幾つかは、局部的に前方へ延び、各サイドリブの１つに対し一体の延長部を形成し、対応する隔離構造を構成して、後方衝突バッフルの後方移動を制限する。
【００１３】
この形状において、軸方向に細長いサイドリブは、個々の衝突バッフルを該羽根キャビティの各々の周方向中央に配置するのに効果的であり、各サイドリブ後方の融合部は、有用な後方隔離構造を与える。また、延長した後縁隔壁は、後方キャビティ内で２つの側壁をつなぐ完全な低温ブリッジを構成し、後方バッフルの軸方向の移動を制限する。
【００１４】
この商業的設計は、合衆国において何年もの間、商業的使用において成功をおさめてきたが、それと同時に、多数回の熱サイクルにわたる作動において、熱に起因する亀裂が経験され、そのためにノズルの耐用年数が制限され、通常の整備休止において交換が必要とされる。このような亀裂は、羽根側壁内の低温のブリッジ、特に羽根の凸状側壁において経験される。
【００１５】
したがって、タービンノズルの設計を改良し、その耐用年数を延ばすことが望ましい。
【特許文献１】
特開昭５１−０８５０３０号公報
【特許文献２】
特表平０８−５０３５３３号公報
【００１６】
【発明の概要】
タービンノズルは、外側及び内側バンドと接合された羽根を含む。各々の羽根は、前縁と後縁との間に延びる相対する側壁を含み、前方及び後方キャビティを定める内部ブリッジが該側壁間を延びる。サイドリブが側壁に沿って延び、キャビティ内に内向きに突出する。サイドリブの各々は、ブリッジから該リブを切り離すために、該ブリッジに隣接する位置で切断され、ノズルの寿命を延ばす。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を、好ましくかつ例示的な実施形態について、更なる目的及び利点と共に、添付の図面を参照して以下の詳細な説明において、より具体的に説明する。
【００１８】
図１に示されているのは、例示的な実施形態において、飛行中の航空機に動力を与えるための、ターボファンガスタービンエンジンの高圧タービンノズル１０の一部分である。ノズルは、エンジンの軸線すなわち中心軸線周りに軸対称であり、周方向に間隔を置いて配置された複数の翼形羽根１２を有する環状リングを形成しており、図１にその一部分のみを示す。個々の羽根１２は、通常は、普通の鋳造法により製造され、対応する半径方向外側及び内側の弧状バンド１４、１６に、それらと一体に鋳造するなどのあらゆる適切な方法で、固定状態で取り付けられる。
【００１９】
代表的な形状としては、バンドの対の各々に２つの羽根１２が取り付けられ、これらバンドの対の各々が周方向に隣接して、全体としてセグメント化された環状ノズルを形成する。ノズルは、環状の燃焼器（図示せず）の排出口に直接配置され、該排出口は、それらを通り抜ける高温の燃焼ガス１８を排出し、タービンロータブレードの１段目の列（図示せず）に向け、エンジンの圧縮機（図示せず）を駆動するためのエネルギーが高温燃焼ガスから取り出される。
【００２０】
羽根１２は、互いに同一のものであり、各々は、第１の外方に向かって凸状の負圧側壁２０と、それと周方向に向かい合う第２の外方に向かって凹状の正圧側壁２２とを含む。２つの側壁は、対応する羽根の前縁２４及び後縁２６の間において軸方向すなわち弦方向に延び、かつ対応するバンド１４、１６に固定状態で取り付けられた先端及び根元の間をスパン方向に放射状に延びる。
【００２１】
初めに図１に、そして図２により詳細に示すように、各々の羽根はまた、通常の鋳造法により形成され、羽根の前縁と後縁の間を弦方向に沿って適切に間隔を置いて２つの側壁の間で一体に延びる、内部半径方向リブすなわちブリッジ２８を含み、該ブリッジは、前縁により境界されたブリッジ前方側の第１のすなわち前方キャビティ３０と、後縁により境界されたブリッジ後方側の第２のすなわち後方キャビティ３２とを定め又は形成する。
【００２２】
各々の羽根はさらに、２つの側壁の内面に沿って弦方向に延び、そこから対応するキャビティ３０、３２内に内向きに突出する軸方向に細長い複数のサイドリブ３４を含む。サイドリブ３４は、各キャビティ内に配置される前方及び後方の孔あき衝突インサートすなわちバッフル３６、３８を、対応する各キャビティの中央に位置決めするための隔離構造を形成するために設けられる。
【００２３】
図３は、２つのバッフル３６、３８が、前縁と後縁の間において羽根の断面がほぼ三日月形すなわち空力的な形状で変化するのに伴い、その変化する２つのキャビティ３０、３２の内部の形状に適合させることができる適当な形状を有することを、より詳細に示す。これらサイドリブ３４は、対応するキャビティ内において、それぞれのバッフルを中央にすき間をもって位置決めする高さ方向位置において、羽根の内面から内向きに延びる。
【００２４】
バッフルを対応するキャビティ内に半径方向に組み込むことができるようにするために、リブとバッフルとの間に小さなすき間又はギャップを設ける。また、リブは、バッフルの各衝突空気孔を通して羽根の内面に向けて排出される対応する衝突空気の噴流による衝突冷却の効率を最大限にするために、羽根の内面から所望の間隔にバッフルの側壁を維持するのに適当な高さを有する。
【００２５】
図２及び図３に示すように、サイドリブ３４の各々は、構造的に及び熱的にリブをブリッジから切り離すために、低温のブリッジ２８に隣接する位置で軸方向の長さが切断されており、本発明に従ってノズルの耐用年数を大幅に延ばす。
【００２６】
図３の円内に、商業的使用で実績が証明され、発明の背景の項において前述した設計によるノズル羽根の耐用年数を延ばすための、例示的なノズル製造方法を概略的に示す。この従来の設計において、サイドリブ３４は、初めは低温のブリッジ２８まで延びるような形状にされており、対応する４つのサイドリブ融合部３４ｘを有するように低温のブリッジ２８と一体に形成される。この従来の形状においては、リブ融合部３４ｘは、それらの接合部において各々の側壁と機械的に及び熱的に連結された形状で低温のブリッジ２８と一体に形成される。
【００２７】
第１の側壁２０は外方に向かって凸状であり、羽根の負圧側を構成するので、羽根の上を流れる燃焼ガスについて、羽根の正圧側を構成するほぼ凹状の第２の側壁２２により与えられる速度とは異なる速度分布をもたらす。現場での経験においては、数年に及ぶ上述の作動の後に、低温のブリッジに近い凸状の側壁において亀裂が発生することが見出されている。
【００２８】
本発明によれば、経年タービンノズル羽根におけるこのような亀裂の発生は、特に、羽根の凸状の側壁２０における、サイドリブ３４と低温ブリッジ２８との機械的及び熱的結合によるものであることが見出された。
【００２９】
作動中に、負圧側壁２０は、該負圧側壁２０の上を流れる高温の燃焼ガスに曝され、比較的高温の熱負荷を受け、それに応じて各々の羽根の内側からの冷却を必要とする。加圧空気４０は、通常は、個々の羽根の冷却に用いるために、圧縮機（図示せず）の吐出端から導かれる。冷却空気４０は、まず個々のバッフル３６、３８を通って流れ、その衝突孔から流出し、空気の噴流を羽根の内面に方向付けて羽根を衝突冷却する。前方及び後方キャビティを隔てる内部ブリッジ２８は、２つの側壁により高温の燃焼ガスから保護され、該ブリッジ自体は、キャビティの内部の冷却空気によって直接冷却される。
【００３０】
比較的低温のブリッジ２８は、対応する熱膨張及び収縮の差がある対応する接合部において、羽根の比較的高温の負圧側壁及び正圧側壁２０、２２に接合される。従来のリブ融合部３４ｘもまた、比較的低温であり、側壁との２つの接合部において、低温のブリッジ２８に連結されている。
【００３１】
前方及び後方キャビティ３６、３８の両方における第１の側壁２０に沿った低温のブリッジから図３に示すサイドリブ３４を切断することにより、リブは、構造的及び熱的に低温のブリッジから切り離され、作動中の羽根の耐用年数を大幅に延ばすことが見出された。
【００３２】
図３に示す好ましい実施形態において、先端を切断されたサイドリブ３４は、第１の側壁２０とブリッジとの間、及び、第２の側壁２２とブリッジとの間に配置された、低温のブリッジ２８の近くの対応するフィレット４２において、又はその近くで終わる。このようにして、サイドリブは、低温のブリッジ２８に近接する位置まで延び、低温のブリッジと側壁との接合部に形成される滑らかなフィレット４２において低温のブリッジのすぐ手前で終わり、接合部における応力の集中を低減させることができる。
【００３３】
したがって、第１の側壁に沿った第１のキャビティ３０の内側のサイドリブ３４は、低温のブリッジの直前で切断され、第２のキャビティ３２内のサイドリブは、第１の側壁に沿った低温のブリッジの直後で切断される。望ましい場合には、サイドリブ３４は、低温のブリッジからさらにリブを切り離すために、低温のブリッジ及びその近くのフィレットからさらに離れた位置で終わるようにしてもよい。
【００３４】
同様に、サイドリブ３４は、前方及び後方キャビティ３０、３２の両方において、第２の側壁２２に沿った低温ブリッジから切断することができる。したがって、低温のブリッジと正圧側壁２２との間の対応する接合部もまた、サイドリブ３４から切り離して、該接合部の熱応力を小さくすることができる。
【００３５】
羽根の両方の側壁において、内側のサイドリブ３４が、低温のブリッジ２８から切り離され、したがってそれらの間の熱の差が少なくなり、それに応じて低温のブリッジと側壁との接合部における熱に起因する応力が小さくなるようにして、ノズル羽根の耐用年数を大幅に延ばすことが好ましい。低温のブリッジにおける熱に起因する応力の減少により、ノズル羽根の耐用年数は４倍になることが解析により示されている。低温のブリッジと凸状の側壁２０との接合部における、羽根の寿命を制限する従来の配置をこのように排除して、寿命を制限する配置を羽根のあまり重要でない領域に移すことにより、耐用年数を延ばすことができる。
【００３６】
図２及び図３に示すように、各冷却空気キャビティ３０、３２のサイドリブ３４は、好ましくは、２つの側壁に沿って、その軸方向又は弦方向の大部分の長さにわたって軸方向に延びる。軸方向のリブは、各キャビティの薄い羽根の側壁の強度を増す一方で、各バッフルをキャビティの中央に位置決めするための均一な隔離構造を与える。また、各キャビティにおけるサイドリブの列は、対応するサイドリブの間で使用後の衝突空気の排出流を制御し、羽根のスパン方向に沿った冷却を調節できる。このようにして、燃焼ガスからの熱負荷が小さい対応する内側及び外側バンドの近くの羽根の根元部及び先端部とは対照的に、各羽根のスパン方向中間部の近くで強い冷却を与えることができる。
【００３７】
また、図２及び図３に示すように、前方キャビティ３０は、前縁２４と低温のブリッジ２８との間に配置され、このブリッジは、羽根の弦方向中央部より前方に適切に配置され、燃焼器からの高温の燃焼ガスを最初に受ける羽根の前縁部分のための専用冷却回路を与える。後方キャビティ３２は、ブリッジ２８の後ろに直接配置され、羽根の弦方向長さの中央３分の一の部分にわたって延び、別の冷却回路により羽根の弦方向中間領域を冷却する。また、後縁冷却回路４４は、後方キャビティ３２と流体連通するように各羽根に配置され、第３の冷却回路により各羽根の後方の第３部分を冷却する。
【００３８】
先ず図２に示すように、後縁回路４４は、羽根のスパン方向に沿って互いに間隔を置いたた複数の軸方向ブリッジすなわち隔壁４６を含み、軸方向に延びて対応する後縁スロットすなわち開口部５０で終わる排出流路４８を形成する。また、半径方向に延びる短い乱流器５２の列が、後縁流路４８の入口領域に配置され、羽根の後縁から排出される使用後の衝突空気の乱れを促進する。
【００３９】
作動において、冷却空気４０は、バンドを通り抜けて２つの羽根キャビティ３０、３２の各々に流入し、その中に支持された対応する衝突バッフルを通過するように、別々に方向付けられる。空気はまず、羽根側壁の内面を衝突冷却するために使用され、次いで、使用後の空気の一部が、従来の方法のいずれでもよい方法により、側壁を貫通して延びる種々のフィルム冷却孔５４を通して排出される。後方キャビティ３２内の使用後の衝突空気の幾らかは、フィルム冷却孔を通り抜けるように方向付けられ、使用後の空気の残りは、後縁冷却回路４４を通して各羽根の後縁部分を冷却するように向けられる。
【００４０】
図３に示すように、サイドリブ３４は、本来は、対応する後縁隔壁４６に接合された一体の廻り込んだ融合部３４ｘで後方に延び、一連の後方隔離構造を構成し、上記の発明の背景の項において説明したように、商業的に成功をおさめたノズルにおける後方キャビティ内での後方バッフル３８の軸方向後方への移動を制限する。
【００４１】
しかしながら、サイドリブの後端と、後方キャビティと、対応する後縁隔壁４６との間の融合部３４ｘにより与えられる一体の連結はまた、それらの接合部において熱に起因する応力を局部的に増大させることも見出されている。隔壁４６は、後縁領域において２つの高温の羽根側壁を互いに接合する低温のブリッジであり、従来の融合部３４ｘを含むサイドリブはまた、後方キャビティ内で比較的低温である。
【００４２】
したがって、後方キャビティ３２の後端において羽根の凸状側壁２０に沿うサイドリブ３４を切断し、該サイドリブを対応する後縁隔壁から切り離すこともまた望ましい。低温のブリッジ２８からサイドリブを切り離すのと同様の方法で、凸状の側壁２０の内面に沿って延びるサイドリブの後端から低温の軸方向隔壁４６を切り離すことにより、熱応答が遮断され、結果的にこれらの位置での熱に起因する応力が小さくなる。
【００４３】
図３に示す前方及び後方キャビティにおける対応するサイドリブの後方融合部３４ｘを取り除くことにより、対応するバッフル３６、３８は、それらの局部的な冷却性能に影響を及ぼすキャビティ内での望ましくない後方移動をさせられることになる。したがって、サイドリブ融合部３４ｘを、２つのキャビティ３０、３２の各々の後端に適切に配置された対応する第１及び第２の端リブ５６ａ、５６ｂにより再配置し、キャビティ内のバッフルに対し軸方向に当接させることができる。
【００４４】
キャビティ３０、３２の特定の形状によれば、各キャビティの向かい合うサイドリブ３４は、ノズルの横方向すなわち周方向、又は、軸方向すなわち弦方向の両方向において、キャビティ内のバッフルの各々を中央に支持するのに充分なものとすることができる。しかしながら、端リブ５６ａ、５６ｂは、個々のバッフルの後端又は前端と、キャビティの各々の後端又は前端との間に所定の間隔を維持するために望ましい場所で使用することができる。
【００４５】
発明の背景の項において上述した商業的な実施形態では、図２の左側に示した種々の隔壁４６は、廻り込んだ融合部３４ｘを構成し、後方バッフル３８のための多数の後方隔離構造を与える、対応するサイドリブ３４と一体の延長部を含んでいた。しかしながら、後縁の隔壁４６は低温のブリッジであり、その対応するサイドリブ３４との接合部は、低温の隔壁と高温の側壁との間の熱不均衡な局部領域を形成し、ノズル羽根の耐用年数に悪影響を及ぼす。
【００４６】
したがって、好ましい実施形態において、従来のように連結された後縁隔壁４６及びサイドリブ３４は、図２に示すように隔壁延長部の前端を切断することにより互いに切り離され、該隔壁の延長部が除去されており、このことは、特に図３に示すように、負圧側壁に沿った対応するサイドリブ３４の後端を切断することに相当する。
【００４７】
切断された隔壁４６は、後方バッフルのための後方隔離構造を提供するためには利用できないので、サイドリブとは異なる平面における隔壁４６の少なくとも１つは、図２及び図３に示すように、該隔壁から前向きに後方キャビティ内に延びる第２の端リブ５６ｂを含むことが好ましい。
【００４８】
図４に最も良く示すように、後縁隔壁４６の各々は、第１及び第２の側壁２０、２２をつないでおり、通常の鋳造法によってそれらと一体に構成されている。図２に付加的に示すように、単一の端リブ５６ｂは、例示的な実施形態において内側バンド１６に隣接する隔壁の最後の一つのみから延びるようにすることが好ましい。この端リブ５６ｂは、対応する最後の隔壁４６の延長部であるので、該端リブ５６ｂもまた２つの側壁をつなぐが、作動中に高温になる側壁に比べて作動中においても実際上低温である。
【００４９】
したがって、図２に示す端リブ５６ｂは、後方キャビティ３２内でサイドリブ３４から羽根のスパン方向に沿って半径方向に間隔を置いて配置し、サイドリブ３４から端リブ５６ｂを切り離し、この位置における熱に起因する応力を大幅に低下させながら、後方バッフル３８のための対応する隔離構造を与えるようにすることが好ましい。
【００５０】
図２に示す例示的な実施形態において、外側バンド１４は、組立て中にキャビティ内に後方バッフル３８を半径方向に受け入れるために、後方キャビティ３２の位置に外側ポート５８を含み、該ポートを通じて冷却空気４０を受ける。これに対応して、後方キャビティにおいて内側バンド１６は閉じられている。
【００５１】
同様に、内側バンド１６は、前方バッフル３６を受け入れるために、前方キャビティ３０の位置に内側ポート６０を含み、該ポートを通じて冷却空気の別の一部を受ける。これに対応して、前方キャビティにおいて外側バンド１４は閉じられている。
【００５２】
図２に示すように、内側の最後の一つを除く全ての後縁隔壁４６は、後方バッフル３８の後端より手前になるように、また、外側ポート５８の後端より手前になるように、切断された形状にすることが好ましい。このようにして、外側ポート５８の後端は、後方バッフル３８の外側端に隔離構造を与えるために効果的に用いることができ、最内側の隔壁４６は、バッフルの内側端に隔離構造を与えるための端リブ５６ｂを含む。
【００５３】
端リブ５６ｂは、サイドリブ３４から切り離されるので、両者の間におけるいかなる熱不均衡も最小限になる。さらに、端リブ５６ｂは、好ましくは最内側の隔壁４６に配置されるので、羽根の外側の燃焼ガスから高い熱負荷を受ける位置に配置されたスパン方向中間部の隔壁よりも、実質的に低温の環境となる。内側バンドの低温位置、及び該低温位置に配置された端リブ５６ｂは、端リブ５６ｂと、該リブが取り付けられた側壁との間のつなぎ部分におけるいかなる熱の不均衡をも最小限にする。
【００５４】
同じく図２に示すように、複数の第１の端リブ５６ａは、好ましくは前方キャビティ３０内の半径方向のブリッジ２８から延び、羽根のスパン方向に沿って互いに半径方向に間隔を置いて配置される。
【００５５】
図３に示すように、第１の端リブ５６ａは、前方キャビティ内の向かい合う羽根側壁２０、２２の間に位置するブリッジ２８の前側と一体に形成され、低温のブリッジからサイドリブ３４を切断するのと同様の方法で、側壁から端リブを切り離すために、２つの側壁の間の周方向の長さが切断される。このようにして、端リブ５６ａは、側壁から切り離されたままで、前方バッフル３６の後端に効果的な隔離構造を与え、側壁位置での熱に起因する応力を最小限にすることができる。
【００５６】
図５に示すように、６つの例示的なサイドリブ３４が、前方キャビティ３０の第１の側壁２０に沿って半径方向に間隔を置いて配置され、それより少数の、例えば３つのサイドリブ３４が、向かい合う第２の側壁２２に沿って間隔を置いて配置される。正圧側のリブ３４は、好ましくは、対応する負圧側リブ３４と同じ半径方向の平面に配置され、バッフル３６を両者の間で中央に配置することができる。また、前方キャビティ３０の第１の端リブ５６ａは、両側壁２０、２２に沿うサイドリブ３４の対応する一つと同一平面にあるようにすることが好ましい。
【００５７】
図３に最もよく示すように、同一平面上の３つのリブ３４、５６ａは、前方バッフル３６をその周方向の大部分で拘束し、該バッフルを前方キャビティ３０の中央に配置することができる。しかしながら、サイドリブ３４及び端リブ５６ａは、構造的に互いに切り離されており、また低温のブリッジと高温の側壁２０、２２との接合部から切り離されている。
【００５８】
したがって、前方バッフルは、効果的に前方キャビティの中央に配置され、低温のブリッジと羽根の側壁との接合部、特に、従来では羽根の寿命を制限する領域であった凸状側壁２０において、熱応力が大幅に低減される。上に示すように、隔離構造の改良された形状により、これら改良を加えていない従来の商業的設計と比べて、ノズル羽根の有用性を４倍に向上させることができる。
【００５９】
商業的なタービンノズルにおける従来の寿命制限の原因についての発見は、当初の設計に小さな変更を加えることを必要とするだけで、しかも耐用年数を大幅に延ばすのに大きな効果を有する解決策に導くものである。細長いサイドリブ３４は、低温のブリッジ２８からだけでなく後縁隔壁４６からも局部的に切り離され、それらの間における熱の不均衡を大幅に低減する。また、端リブ５６ａ、５６ｂは、端リブと高温の側壁との間の望ましくない熱の不均衡を誘発することなく、対応する衝突バッフルを支持するために好ましい位置に挿入される。
【００６０】
この改良された特徴は、ガスタービンエンジンの通常の整備休止中における取替え時に既存の設計に後付けの形で取り入れられるだけでなく、新しいタービンノズルの設計に容易に組み入れることができる。タービンノズルにおける耐用年数の大幅な改善は、製造費用の増大をほとんど或いは全く伴わずに、ノズル設計のわずかな変更によって得ることができる。
【００６１】
本発明の好ましい例示的な実施形態と思われるものを本明細書に説明してきたが、ここでの教示に基づき、本発明の他の変更が当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明の技術思想及び技術的範囲に含まれるこれら全ての変更は、添付の特許請求の範囲により確保されることを意図するものである。
【００６２】
したがって、特許として確保されることを望むものは、特許請求の範囲に記載し特定している本発明である。なお、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】
【図１】  飛行中の航空機に動力を与えるように構成されたガスタービンエンジンの例示的な高圧タービンノズルの一部の斜視図。
【図２】  ノズルの寿命を延ばすための方法を表すフローチャートとともに図１の羽根の１つを示す半径方向断面図。
【図３】  ノズルの寿命を延ばすための好ましい方法の要素とともに、図２に示す羽根を線３−３に沿って切り取って示す半径方向断面図。
【図４】  図２に示す後方キャビティの一部分を線４−４に沿って切り取って示す半径方向断面図。
【図５】  図２に示す前方キャビティを線５−５に沿って切り取って示す半径方向断面図。
【符号の説明】
１２  羽根
１４  外側バンド
１６  内側バンド
２０  負圧側壁
２４  前縁
２６  後縁
２８  ブリッジ
３０  前方キャビティ
３２  後方キャビティ
３４  サイドリブ
３４ｘ  サイドリブ融合部
３６  前方衝突バッフル
３８  後方衝突バッフル
４４  後縁回路
４６  隔壁
４８  後縁流路
５０  後縁開口部
５２  乱流器
５４  フィルム冷却孔
５６ａ、５６ｂ  端リブ
【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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