(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側シュラウド（１）、内側シュラウド（２）及び翼部（３）より成る、閉ループ蒸気冷却系統を備えたタービン静翼セグメントにおいて、
外側シュラウド（１）は、
タービンの作動気体に曝される壁の内側表面上に対象表面（６）がある外側プラットフォーム（９４）と、
外側プラットフォーム（９４）の端縁部に沿って延びる外側レール（３５）と、
外側シュラウド（１）と冷却蒸気の間の熱伝達を促進する対象表面（６）上の複数の矩形ワッフル構造（１１）と、
外側レール（３５）上に配設された外側カバー（３４）と、
外側カバー（３４）と外側プラットフォーム（９４）の間に位置する外側インピンジメントプレート（１０）であって、（ｉ）外側カバー（３４）との間に外側プレナム（９）を、また（ｉｉ）外側プラットフォーム（９４）との間に比較的小さい空間を形成し、外側プラットフォーム（１０）の対象表面（６）と接触する冷却蒸気のインピンジメントジェットを発生させる複数のインピンジメント孔（５０）を備えた外側インピンジメントプレート（１０）と、
外側カバー（３４）上にあって静翼セグメントに冷却蒸気を供給する少なくとも１つの入口（１２）と、
外側カバー（３４）上にあって蒸気を排出する少なくとも１つの出口（１４）とより成り、
内側シュラウド（２）は、
タービンの作動気体に曝される壁の内側表面上に対象表面（６）がある内側プラットフォームと、
内側プラットフォームの端縁部に沿って延びる内側レール（４５）と、
内側シュラウド（２）と冷却蒸気の間の熱伝達を促進する内側プラットフォームの対象表面上の複数の矩形のワッフル構造（１１）と、
内側レール上に配設された内側カバー（７８）と、
内側カバー（２と内側プラットフォームの間に位置する内側インピンジメントプレート（３１）であって、内側カバー（７８）との間に内側プレナム（２５）を、また（ｉｉ）内側プラットフォームとの間に比較的小さな空間を形成し、内側プラットフォームの対象表面（６）と接触する冷却蒸気のインピンジメントジェットを発生させるインピンジメント孔（３１）を備えた内側インピンジメントプレート（３１）とより成り、
翼部（３）は、
外側プラットフォーム（９４）に接続された第１の端部と、
内側プラットフォームに接続された第２の端部と、
タービンの作動気体に曝される壁の内側表面上に対象表面（６）がある壁と、
翼部（３）と冷却蒸気の間の熱伝達を促進する壁の対象表面（６）上の複数の矩形ワッフル構造（１１）と、
冷却蒸気が外側シュラウド（１）と外側シュラウド（２）の間を流れる流路として働く少なくとも１つの空洞部とより成るタービン静翼セグメント。
【請求項２】
外側シュラウド（２）はさらに、
外側レール（３５）を通って流れる蒸気流路より成る外側レール（３５）の第１の外側チャンネル系統と、
外側インピンジメントプレートと外側プラットフォームの間の空間から外側レール（３５）に蒸気を流す流路を形成する少なくとも１つの孔（２４）と、
外側プラットフォーム（９４）上の蒸気を排出する第２の外側チャンネル系統とより成り、
第２のチャンネル系統は、
蒸気を外側レール（３５）から入口へ到達させる流路を形成する少なくとも１つのチャンネルと、
蒸気を外側レール（３５）から第２の外側チャンネル系統へ流す、外側レールと第２の外側チャンネル系統の間の少なくとも１つのリンクとより成り、
内側シュラウド（２）はさらに、
内側レール（４５）を通って流れる蒸気流路より成る、内側レール（４５）の第１の内側チャンネル系統と、
内側インピンジメントプレート（３１）と内側プラットフォームの間の空間から内側レール（４５）へ流れる蒸気流路を形成する少なくとも１つの孔と、
内側プラットフォーム上の蒸気を排出する第２のチャンネル系統とより成り、第２のチャンネル系統は、
外側レール（３５）から出口へ到達する蒸気流路を形成する少なくとも１つのチャンネルと、
蒸気を内側レール（４５）から第２のチャンネル系統へ流す、内側レール（４５）と第２のチャンネル系統の間の少なくとも１つのリンク（１７）とより成る請求項１の静翼セグメント。
【請求項３】
外側レール（３５）と内側レール（４５）の底部表面にはそれぞれ熱伝達を促進するためのリッジ（３８）が設けられている請求項２の静翼セグメント。
【請求項４】
翼部（３）の空洞部内にはさらに挿入体の脚部が配設され、
この挿入体の脚部は、
周面部、実質的中心部及び周面部上の少なくとも１つの外側チャンネル（６０）より成り、
外側チャンネル（６０）は対象表面（６）と接触する冷却蒸気のインピンジメントジェットを発生させるインピンジメント孔（１８）を外壁上に有する請求項１の請求項１の静翼セグメント。
【請求項５】
挿入体の脚部はさらに、外壁上にあって、外壁と翼部（３）の壁の対象表面の間を水平及び垂直方向に延びるほぼ矩形の複数のリブを有し、これらリブは蒸気の交差流による劣化を最小限に抑える作用をする請求項４の静翼セグメント。
【請求項６】
挿入体の脚部はさらに、
少なくとも２つの外側チャンネル（６０）と、
挿入体の脚部の実質的中心部にある少なくとも１つの中央チャンネルと、
外側チャンネル（６０）の間にあって、対象表面と外側チャンネル（６０）の外壁の間の交差流が中央チャンネル内に流れ込む流路を形成することにより交差流による劣化を最小限に抑える開口とより成る請求項５の静翼セグメント。
【請求項７】
翼部（３）はさらに、
外側シュラウド（１）から内側シュラウド（２）へ延びる少なくとも１つの構造リブ（５）と、
少なくとも１つの構造リブにより形成される少なくとも２つの空洞部と、
空洞部にそれぞれ１つ配設された挿入体の少なくとも２つの脚部と、
挿入体の脚部の間にあって、対象表面（６）と外側チャンネル（６０）の外壁の間の交差流が中央チャンネルに流れ込む流路を提供することにより交差流による劣化を最小限に抑える複数の開口（２１、２２）とより成る請求項６の静翼セグメント。
【請求項８】
翼部（３）はさらに翼前縁と翼後縁とより成り、
翼部（３）の翼前縁には少なくとも１つの空洞が、また翼部（３）の翼後縁には少なくとも１つの空洞部が設けられ、
翼前縁の少なくとも１つの空洞部内の挿入体の脚部では、
少なくとも１つの中央チャンネルが外側シュラウド（１）において閉じており、また内側シュラウド（２）において開いており、
少なくとも２つの外側チャンネル（６０）が外側シュラウド（１）において開いており、また内側シュラウド（２）において閉じており、
かくして冷却蒸気が外側シュラウド（１）において少なくとも２つの外側チャンネル（６）を介して挿入体の脚部に流入し、内側シュラウド（２）において少なくとも１つの中央チャンネルを介して挿入体の脚部から流出し、
翼後縁における少なくとも１つの空洞部内の挿入体の脚部では、
少なくとも１つの中央チャンネルが外側シュラウド（１）において開いており、また内側シュラウド（２）において閉じており、
少なくとも２つの外側チャンネル（６０が外側シュラウド（１において閉じており、また内側シュラウド（２）において開いており、
かくして冷却蒸気が内側シュラウド（２）において少なくとも２つの外側チャンネル（６０）を介して翼後縁の少なくとも１つの挿入体の脚部に流入し、外側シュラウド（１）において少なくとも１つの中央チャンネルを介して翼後縁の少なくとも１つの挿入体の脚部から流出する請求項７の静翼セグメント。
【請求項９】
翼部（３）はさらに、
翼前縁及び翼後縁と、
外側シュラウド（１）から内側シュラウド（２）へ延びる複数の構造リブ（５）と、
翼部の翼前縁にある少なくとも１つの空洞部と、
翼部の翼後縁にある１つの空洞部とより成り、
外側シュラウド（１）はさらに、
翼前縁に近い第１の入口（１２）と、
翼後縁に近い第２の入口（１３）と、
冷却蒸気が第１の入口（１２）から外側シュラウド（２）へ流入した後通過する少なくとも１つの空洞部への入口を滑らかにするため翼前縁の少なくとも１つの空洞部を取り囲む第１の傘形部と、
冷却蒸気が第２の入口（１３）から外側シュラウド（１）へ流入した後通過する少なくとも１つの空洞部への入口を滑らかにするため翼前縁の少なくとも１つの空洞部を取り囲む第２の傘形部とより成る請求項１の静翼セグメント。
【請求項１０】
翼部（３）の翼後縁にある１つの空洞部は底辺と頂点を有する三角形の横断面を有し、前記空洞部は、三角形の底辺にあって空洞部の長さ全体を延びて、その領域内の抵抗を増加させ、蒸気を空洞部の頂点の方へ分岐させる障害物（８６）をさらに有する請求項９の静翼セグメント。
【請求項１１】
出口（１４）はさらに熱膨脹を吸収する蛇腹状の移行片（８４）を有する請求項１の静翼セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は一般的にガスタービンに関し、さらに詳細には、ガスタービンの第１列静翼の閉ループ冷却系統に関する。
【０００２】
【発明の背景】
燃焼タービンは、圧縮部、燃焼部及びタービン部がケーシングまたはシリンダー内に収容されている。圧縮部は入口端と排出端を有する。燃焼部は、入口端と燃焼器移行部を有する。燃焼器移行部は燃焼部の排出端に近く、作動気体をタービン入口端に流入させる流れチャンネルを画定する壁を有する。圧縮部は空気を圧縮して燃焼部へ送る。圧縮空気は燃焼部の入口端に流入して燃料と混合する。空気／燃料混合物はその後、燃焼して高温高圧の気体が発生する。この作動気体は、燃焼器移行部を介してタービン部内に注入され、タービンを駆動する。
【０００３】
タービン部は、作動気体をタービン動翼の翼部に差し向ける複数列の静翼を有する。作動気体はタービン部を通過してタービン動翼を回転させ、発電機に接続されたロータを回転して発電を行う。
【０００４】
当業者には知られているように、ガスタービンのエネルギー出力は燃焼部を流れるガスをできるだけ高温に加熱することにより最大となる。しかしながら、高温ガスはタービン通過の際、移行部、静翼及びリングセグメントのような構成要素を加熱する。
【０００５】
従って、燃焼温度の上昇限界は、タービン構成要素が高温に耐えるか否かにより決まるが、このため、タービン高温部分を冷却する種々の冷却方式が開発されている。これらの方式には、開ループ空冷方式と閉ループ冷却方式がある。
【０００６】
従来の開ループ空冷方式は、圧縮器からの空気を燃焼器移行部へ送り込み、タービン高温部分を冷却する。冷却流体は、タービン構成要素から熱を奪って、内側移行部の流れチャンネルへ流入し、タービン部への作動流体と合流する。開ループ冷却方式の欠点の１つは、圧縮器からの空気が多量に分岐されること、例えば、燃焼器の炎温度を低下させるためにかなりの量の空気が必要なことである。従って、圧縮器から分岐される空気の量を減少する冷却システムを提供することが望ましい。
【０００７】
ステータ静翼の蒸気による冷却は新規でなく、この方式は、本願発明の発明者が共同発明者であり、同一出願人に譲渡された米国特許第５，３２０，４８３号の主題である。コンバインドサイクル方式の運転では、いくつかの圧力レベル及び温度レベルの蒸気を得ることが容易であり、タービン高温部分の冷却媒体として空気の代わりに使用できる。
【０００８】
本発明の目的は、ガスタービンの静翼、特に第１列静翼の冷却方式を改良することにある。かかる設計の動作条件には、４００乃至２０００psia（２．８Ｅ4乃至１．４Ｅ5  gsc）（２，７５８kPa乃至１３，７９０kpa）の範囲のガス圧力と、ほぼ２８００°Ｆ（１５３８℃）のガス回復温度と、遷音速領域での動作が含まれる。外部ガス流路の熱伝達係数は、静翼翼部の周りの最大曲率点で１６００ＢＴＵ／時、ft2  NF（７，８１２kcal/h m2 - K）ピーク値をとる。
【０００９】
第１列静翼の上記冷却条件を満足するだけでなく、本発明は、（１）静翼の鋳造を容易にするための構造的単純さを維持し、（２）製造工程の数を減らし、（３）部品点数を減少し、（４）種々の形状の他の最新設計と互換性があり、（５）従来の冷却方式を使用し、（６）低サイクル疲労寿命を最小限にすることを意図している。かくして、製造及び保守コストを軽減させ、汎用性があり、有効な第１列静翼の設計法を提供することが望ましい。
【００１０】
【発明の概要】
本発明は、閉ループ蒸気冷却系統を備えたタービン静翼セグメントの設計に関する。静翼セグメントは、外側シュラウド、内側シュラウド及び翼部より成る。外側シュラウドは、タービンの作動気体に曝される壁の内側表面上に対象表面がある外側プラットフォームと、外側プラットフォームの端縁部に沿って延びる外側レールと、外側シュラウドと冷却蒸気の間の熱伝達を促進する対象表面上の複数の矩形ワッフル構造と、外側レール上に配設された外側カバーと、外側カバーと外側プラットフォームの間に位置する外側インピンジメントプレートであって、（ｉ）外側カバーとの間に外側プレナムを、また（ｉｉ）外側プラットフォームとの間に比較的小さい空間を形成し、外側プラットフォームの対象表面と接触する冷却蒸気のインピンジメントジェットを発生させる複数のインピンジメント孔を備えた外側インピンジメントプレートと、外側カバー上にあって静翼セグメントに冷却蒸気を供給する少なくとも１つの入口と、外側カバー上にあって蒸気を排出する少なくとも１つの出口とより成る。
【００１１】
内側シュラウドは、外側カバー上の冷却蒸気を静翼セグメントへ供給する少なくとも１つの入口と、蒸気を排出する外側カバー上にある少なくと１つの出口とを除き外側シュラウドと同じ特徴部分を有する。翼部は、外側プラットフォームに接続された第１の端部と、内側プラットフォームに接続された第２の端部と、タービンの作動気体に曝される壁の内側表面上に対象表面がある壁と、翼部と冷却蒸気の間の熱伝達を促進する壁の対象表面上の複数の矩形ワッフル構造と、冷却蒸気が外側シュラウドと外側シュラウドの間を流れる流路として働く少なくとも１つの空洞部とより成る。
【００１２】
本発明の好ましい実施例には、チャンネル系統が設けられている。このチャンネル系統は、第１及び第２の外側チャンネル系統と、第１及び第２の内側チャンネル系統とより成る。第１の外側チャンネル系統は外側レール内にあり、外側レールを介して蒸気が流れる蒸気流路と、外側インピンジメントプレートと外側プラットフォームの間の空間から外側レールに蒸気が流れる流路とより成る。
【００１３】
第２の外側チャンネル系統は蒸気を排出するために外側プラットフォーム上にあり、蒸気を外側レールから入口へ到達させる流路を形成する少なくとも１つのチャンネルと、蒸気を外側レールから第２の外側チャンネル系統へ流す、外側レールと第２の外側チャンネル系統の間の少なくとも１つのリンクとより成る。
第１及び第２の内側チャンネル系統は、第１及び第２の外側チャンネル系統と同様な特徴部分を有するが、それらの名前が示唆するように、内側シュラウド内にある。
【００１４】
本発明の重要な特徴は、翼部の挿入体の脚部が空洞部内に位置することである。挿入体の脚部は、周面部、実質的中心部及び周面部上の少なくとも１つの外側チャンネルより成り、外側チャンネルは対象表面と接触する冷却蒸気のインピンジメントジェットを発生させるインピンジメント孔を外壁上に有する。
【００１５】
本発明の好ましい実施例では、挿入体の脚部はさらに、外壁上にあって、外壁と翼部の壁の対象表面の間を水平及び垂直方向に延びるほぼ矩形の複数のリブを有し、これらリブは蒸気の交差流による劣化を最小限に抑える作用を有する。
本発明の別の好ましい実施例では、挿入体の脚部はさらに、少なくとも２つの外側チャンネルと、挿入体の脚部の実質的中心部にある少なくとも１つの中央チャンネルと、外側チャンネルの間にあって、対象表面と外側チャンネルの外壁の間の交差流が中央チャンネル内に流れ込む流路を形成することにより交差流による劣化を最小限に抑える開口とを有する。
【００１６】
本発明はさらに別の特徴を有する。外側レールの底部表面には、熱伝達を促進するためのリッジが設けられている。翼部の翼後縁にある１つの空洞部は底辺と頂点を有する三角形の横断面を有するが、三角形の底辺にあって空洞部の長さ全体を延びる障害物は、その領域内の抵抗を増加させ、蒸気を冷却することが容易でない空洞部の頂点の方へ分岐させる。外側カバーは外側レールに溶接される所に設けられたピンは、外側カバーと外側レールを貫通してこれら２つの部材を機械的に連結する。
【００１７】
外側シュラウドの入口及び出口の周辺に影響を与えるさらに別の特徴部分がある。冷却蒸気が入口から静翼セグメントに流入した後通過する翼部の空洞部への入口を滑らかにするために傘形部が設けられる。入口にはさらに、冷却蒸気の一部を外側シュラウドの外側レール内に流入させて外側シュラウドの翼後縁の冷却を支援するチャンネルが設けられる。出口にはさらに、熱膨脹を吸収する蛇腹状の移行部が設けられる。
【００１８】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１は本発明の静翼セグメントの斜視図であり、外側シュラウド１を部分的に展開したものである。静翼セグメントは、内側シュラウド２、外側シュラウド１及び翼部３より成り、これらは全て１つの鋳造品を構成する。外側シュラウド１は、外側プラットフォーム９４、該外側プラットフォームを冷却する外側インピンジメントプレート１０、外側チャンネル系統及び外側レール３５より成り、これらは外側チャンネル系統を備えている。図１に示すように、外側インピンジメントプレート１０は３つの部分より成るが、外側インピンジメントプレート１０は一部品であるのが好ましい。
【００１９】
翼部３は、その壁の内側と外側の間の圧力差による機械的な応力を最小限に抑えるように配置された５個の構造リブ５より成る。これらのリブ５は、外側シュラウド１と内側シュラウド２の間の冷却蒸気流路として働く翼部の空洞部７、８、２７、２９、３０、３３を形成する。
【００２０】
図２は、本発明による静翼セグメントの外側シュラウド１の部分切欠き図である。入口１２、１３は冷却蒸気を供給し、出口１４は蒸気を排出する。
【００２１】
圧力がほぼ４８５psia（３，３４４kPa）で温度が７０５°Ｆ（３７４℃）の冷却蒸気は、入口１２から静翼セグメントに流入し、外側シュラウド１のプレナム９に充満する。冷却蒸気は、この外側プレナム９から外側インピンジメントプレート１０全体にわたり形成された、外側プラットフォーム９４を冷却するためのインピンジメント孔５０を通過できる。
【００２２】
図１は、静翼セグメントの外側プラットフォーム９４の対象表面９を拡大して示す。外側シュラウド１、内側シュラウド２及び翼部３の対象表面６は、矩形のワッフル構造１１を有する。ワッフル構造１１は、対象表面６の表面積を増加させることにより冷却時における静翼セグメントから冷却蒸気への熱伝達を促進するように設計されている。ワッフル構造１１はまた、乱流状態を増加させて熱伝達を促進する。
【００２３】
大きな矩形のワッフル構造１１は図１に示すように凹部であるが、それらは対象表面６から突起したものでもよい。流れが突起部を通過するようにするためには大きな圧力差が必要であるため、凹部の方が好ましい。
【００２４】
蒸気は、外側シュラウド１をインピンジメント冷却した後、孔２４を通って外側レール３５の外側チャンネル系統に流入する。外側レールのチャンネルの底部表面３７には、熱伝達を促進するためリッジ３８が設けられている。
【００２５】
外側レール３５の外側チャンネル系統は、３つのリンク１７を介して外側シュラウドの外側チャンネル系統に接続されている。外側チャンネル系統は、真直ぐなチャンネル３６と、２つのＵ字形チャンネル３９、４１とより成り、一方のチャンネル３９は翼部３０の翼前縁に、また他方のチャンネル４１は翼部３の翼後縁にある。チャンネル３９及び４１は、流れを、使用済み蒸気が排出される出口１４へ送り込む。チャンネル３６は、外側チャンネル系統から出口１４へ直接つながった流路を提供する。
【００２６】
供給される冷却蒸気の一部は外側プレナム９へ送られるが、その大部分は翼部の最初の２つの空洞部７、８（図２に示す）へ流入する。図１に示すように、これら空洞部７、８内には、インピンジメント挿入体５２が配置される。この挿入体５２は外側シュラウド１のところではつながっているが、各空洞部７、８に１つで合計２つの脚部５４、５６を備えている。
【００２７】
各脚部５４、５６は、翼部３の壁を冷却するインピンジメント孔１８を有する。翼部の空洞部７、８内の挿入体５２は、翼部の壁だけでなく隅肉領域１５、１６をインピンジメント冷却するように配置されている。
【００２８】
外側シュラウド１では、挿入体の各脚部５４、５６に４つの外側チャンネル６０が存在し、これらは冷却蒸気を受けるように開いているが、中央チャンネル６２は閉じている。しかしながら、内側シュラウド２では、中央チャンネル６２が開いており、外側チャンネル６０が閉じている。
【００２９】
従って、冷却蒸気は外側チャンネル６０に流入し、外側チャンネル６の外壁の小さなインピンジメント孔１８から噴出して翼部３の内壁上の対象表面６を冷却する。その後、冷却蒸気のこれらのインピンジメントジェットは急速に対象表面６から離れるように排出されるため、その後のインピンジメントジェットへの交差流の影響による熱伝達の劣化が軽減される。
【００３０】
交差流の影響は、長い交差流流路を許容しないリブ２０の作用により最小限に抑えられる。さらに、開口２１、２２は、交差流が逃げるための排出部を提供するため、交差流による劣化の影響が最小限に抑えられる。かくして、この流れは中央チャンネル６２内に入り、そこから内側シュラウド２の方へ下方へ流れる。
【００３１】
残りの空洞部２７、２９、３０にある挿入体の脚部は、外側チャンネル６０が内側シュラウド２のところで開いており、外側シュラウド１のところで閉じているが、中央チャンネル６２は内側シュラウド２のところで閉じており、外側シュラウド１のところで開いている点を除き、挿入体の脚部５４、５６と同様な働きをする。図３は、本発明の静翼セグメントの斜視図であり、内側シュラウド２を部分的に展開したものである。
【００３２】
挿入体脚部５４、５６の中央チャンネル６２からの蒸気は内側シュラウドに流入した後後部の挿入体２８内に送り込まれるが、この挿入体は後部の空洞部２７、２９、３０をそれぞれ後でインピンジメント冷却するための脚部７２、７４、７６を有する。本発明の別の実施例では、後部の空洞部の数は可変である。
【００３３】
図３に示すように、供給手段または導管２６は、冷却蒸気を内側シュラウド２に直接導入できるように別設されている。この供給手段２６は、図示のように空洞部７の中央チャンネル６２を貫通する。しかしながら、空洞部８も同様に、あるいは空洞部７の代わりに貫通するようにしてもよい。供給手段２６内の蒸気は内側プレナム２５内に放出されるが、このプレナムは内側インピンジメントプレート３１の下方にある。この蒸気はその後、内側インピンジメントプレート３１のインピンジメント孔５０を上方へ噴出する。これらのインピンジメント孔は、外側インピンジメントプレート１０に関連して説明したと同じ方式でインピンジメントジェットの作用により内側シュラウド２を冷却するように使用される。
【００３４】
内側シュラウド２のインピンジメント冷却の後、使用済み蒸気は孔７９を通過して内側シュラウド２の内側レール４５のチャンネル系統に流入する。外側シュラウド１の外側レール３５と同様に、内側レール４５のチャンネルの底部表面３７には熱伝達を促進するリッジ３８が設けられている。
【００３５】
外側シュラウド１と同様に、内側レール４５の内側チャンネル系統は、３つのリンク１７を介して内側シュラウド２の内側チャンネル系統に接続されている。内側シュラウド２のチャンネル系統は２つのＵ字形チャンネル４９及び５１より成り、その１つ４９は翼部３の翼前縁に、またもう一方５１は翼部３１の翼後縁にある。チャンネル４９、５１は、インピンジメント挿入体２８の脚部２７、２９、３１の外側チャンネル６０に流れを送り込む。この蒸気は、外側シュラウド１に到達し、出口１４から排出される。
【００３６】
翼部３の翼前縁へ冷却蒸気を送り込む入口１２だけでなく、入口１３も、図２に示すように、冷却蒸気を翼部３の翼後縁の空洞部３３へ供給する。典型的には翼部３のこの翼後縁は翼部３のうちで最も高温になり、翼部３の中で冷却が最も難しい部分である。従って、別個の入口１３を設けて翼部３の翼後縁を冷却する必要がある。入口１３には、外側シュラウド１のレール３５内へ冷却蒸気の一部を送り込み、通常は外側シュラウド１の他の部分よりも高温であるその翼後縁の冷却を助けるためのチャンネル８８が設けられている。
【００３７】
三角形の空洞部３３の頂点は、蒸気がその頂点から離れたところに滞留する傾向があるため、冷却するのが特に難しい。従って、三角形の空洞部３３の底辺に空洞部３３の長さ方向にわたり障害物８６を配置することにより、その領域における抵抗を増大させて流れを空洞部３３の頂点の方へ分岐させる。図１に示すように、障害物８４は空洞部の底辺に平行に向けるのが好ましいが、これは必要条件ではない。
【００３８】
障害物８６は、円筒状の棒またはその領域に抵抗を発生させる任意の他の形状のものでよい。障害物８６はまた、翼部３の翼後縁の構造的健全性を増加させる。挿入体の脚部５４、５６の中央チャンネル６２からの蒸気と同様に、空洞部３３を冷却した蒸気は内側シュラウド２に流入した後、後方の挿入体２８へ送られ、後方の空洞部２７、２９、３０をインピンジメント冷却する。
【００３９】
図２に示すように、外側プレナム９は、外側インピンジメントプレート１０と外側プレート３４の間に形成されている。同様に、内側シュラウド２（図３を参照）では、内側プレナム２５が、内側インピンジメントプレート３１と内側カバー７８の間に形成されている。外側カバー３４は、外側シュラウド１の外側レール３５上にろう付けされる。封止部の強度を増加させるため、ピン８２により外側カバー３４をレール３５に機械的に連結する。これらのピン８２は、外側カバー３４と外側レール３５の間の接合部の周囲にわたって任意の数のインターバルで離隔させる。内側カバーも、同様に内側レール４５に連結される。
【００４０】
蒸気を排出する出口１４は、移行片８４により熱膨張の影響を吸収させる。出口１４の下部８３は比較的高温の蒸気を受けるが、その蒸気は出口１４の上部８５に到達するまでに比較的低温となる。移行片８４はベローズとして働くため、出口１４が種々の環境条件及び熱膨脹の影響に対して適合性を持つようになる。
【００４１】
図１に示すように、チャンネル３９に隣接し、かつ空洞部７、８を囲むように設けられた傘状部９０は、入口１２から外側シュラウド１に流入した冷却蒸気が通過するインピンジメント挿入体５２への入口を滑らかにする。同様に、チャンネル４１に隣接し、かつ空洞部３３を囲むように設けられた傘状部９２は、入口１３から外側シュラウド１に流入した冷却蒸気のための空洞部３３への入口を滑らかにする。
【００４２】
本発明の静翼セグメントの設計は、圧縮機から分岐される空気をできるだけ少なくし、タービン効率を増加させる閉ループ冷却系統を提供する。さらに、従来型静翼セグメントを改良するものとして、本発明は、製造及び保守コストを軽減し、汎用性があり且つ高効率の第１列静翼を提供する。この設計は、（１）鋳造を容易にするため構造の単純さを維持し、（２）製造工程の数を少なくし、（３）部品点数を減少し、（４）種々の形状の他の最新型設計との互換性があり、（５）従来の冷却方式を使用し、（６）低サイクル疲労寿命を最小限にすることにより、これらの利点を実現する。
【００４３】
特に、本発明の静翼セグメントは、静翼セグメントを冷却する従来型設計を大幅に改良したものである。例えば、インピンジメント挿入体５２、２８は、翼部３の壁を高効率で冷却するのを可能にする。加えて、レール３５、４５のリッジ３８だけでなく静翼セグメントの対象表面６上のワッフル構造１１は、静翼セグメントと冷却蒸気の間の熱伝達を格段に向上させる。
【００４４】
本発明の多数の特徴及び利点を本発明の構造及び機能の詳細と共に説明したが、上記説明は例示目的に供するだけであり、本発明の原理から逸脱することなく頭書の特許請求の範囲に記載した用語の広い一般的な意味で決まる最も広い範囲内において部品の形状、サイズ及び配置構成の点で種々の変形例及び設計変形が可能であることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の静翼セグメントの斜視図であり、外側シュラウドを部分的に展開したものである。
【図２】  図２は、本発明の静翼セグメントの外側シュラウドの部分的切欠き図である。
【図３】  図３は、本発明の静翼セグメントの斜視図であり、内側シュラウドを部分的に展開したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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