(57)【要約】      （修正有）【課題】保持リングの熱的分離の改善、コスト低減、及びノズル構成の組立の融通性を改善すること。【解決手段】保持ピンは、ラグ４４０、４４５びランド３３０、３２５内の同軸孔３５０を通って嵌合し、ノズルの半径方向及び円周方向位置を固定すると共に、並進運動を可能にする。ピンは、ノズル及び保持リング３００の両方と限定された接触を維持しながら、ノズルから保持リングへの伝導性熱伝達を有意に低減する。ピンはまた、ノズルの位置決めにより、目標とするタービン性能を達成するために所望のノズルスロート面積を設定する。ピンは、該ピンが公称軸方向位置から後退することに起因してノズルが組立体内で係合解除できず、更にピンは、低サイクル疲労、クリープ、又は曲がりやすさに起因して機能不良にならないように設計されており、これら全てによりノズルの脱落が阻止される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンノズル（４００）の弦方向ヒンジ（４６０）を含む外側側壁（６２０）の保持ラグ（４４０、４４５）を保持リング（３００）の前方ランド（３３０）と後方ランド（３２５）との間の溝（３２０）内に締結するように適合され、前記ラグ（４４０、４４５）及び前記ランド（３３０、３２５）内の同軸孔（３５０）を通って嵌合する保持ピン（６００）において、前記保持ピン（６００）が、
前記ラグ（４４０、４４５）及び前記ランド（３３０、３２５）内の同軸孔（３５０）を通って嵌合するように適合された直径（６４０）と、前記前方ランド（３３０）の同軸孔（３５０）内の閉鎖端（３５１）と前記弦方向ヒンジレール（４６０）の内壁（４６７）との間に嵌合するように適合された長さ（６４５）とを含む略円筒形のピン（６００）を備えることを特徴とする保持ピン（６００）。
【請求項２】
前記長さ（６４５）が、前記同軸孔（３５０）内の閉鎖端（３５１）と前記後方保持ランド（３２５）との間の距離にわたるのに少なくとも十分である、請求項１記載の保持ピン（６００）。
【請求項３】
前記長さ（６４５）が、前記弦方向ヒンジ（４６０）の内壁（４６７）と前記前方保持ランド（３３０）との間の距離にわたるのに少なくとも十分である、請求項１記載の保持ピン（６００）。
【請求項４】
前記ピン（６００）が、前記長さ（６４５）に沿って一定である外径（６４０）を含む円筒形状であり、始動及び運転停止中に前記ノズル（４００）が前方及び後方に転動できるように、前記ピン直径（６４０）とノズルラグ同軸孔の直径（４４８）との間にクリアランスが設けられる、請求項１記載の保持ピン（６００）。
【請求項５】
前記ピン（６００）の中央セクションにおける接触表面（６２０）が、ピン（６００）を介したノズルラグ（４４０、４４５）と保持リング（３００）との間の熱伝達を最小にするように限定される、請求項１記載の保持ピン（６００）。
【請求項６】
前記外径接触表面が、エンジン始動及び運転停止中に前記ノズル４００が前方及び後方に転動できるようにするため、両側が球状凹部（６３０）によって境界付けられた球状隆起部（６２０）をその長さ（６４５）の中心に含み、前記球状隆起部（６２０）が、半径方向で前記ピンの外径（６４０）に制限される、請求項５記載の保持ピン（６００）。
【請求項７】
前記球状隆起部（６２０）の長さが、前記ラグ（４４０、４４５）の幅よりも小さい軸方向長さを前記ピンに沿って含む、請求項６記載の保持ピン（６００）。
【請求項８】
前記球状隆起部（６２０）と前記球状凹部（６３０）とを併せた長さが、前記保持リング（３００）内の溝（３２０）の幅に略等しい軸方向長さを前記ピンに沿って含む、請求項７記載の保持ピン（６００）。
【請求項９】
面取り部（６８０）、ブレークエッジ、及び丸み部の内の少なくとも１つを含む、挿入を容易にするためのガイド手段を有するように適合された先端端部（６１５）と、
前記保持ピンの取り出しを容易にするための係合手段を有するように適合された後端部（６１７）と、
を更に備え、
前記ピンが前記前方ランド（３３０）内の同軸孔（３５０）の閉鎖端（３５１）に着座したときに、前記係合手段が、前記後方ランド（３２５）と前記弦方向レール（４６０）との間に延びた前記後端部（６１７）の一部分に配置される、請求項１記載の保持ピン（６００）。
【請求項１０】
前記係合手段が、前記ピン（６００）の円筒面（６１０）内の貫通孔（６６５）及びスロット（６５５）の内の少なくとも１つと、前記ピン（６００）の後端部（６１７）内のネジ付き孔（６９０、６９５）とを含む、請求項９記載の保持ピン（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンノズルのための保持ピンに関し、より具体的には、ノズル用の外側側壁保持機構における完全内包保持ピンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンにおいて、高温の燃焼ガスは、燃焼器から第１段ノズル及びバケットを通り、後続のタービン段のノズル及びバケットを通って流れる。第１段ノズルは、典型的には鋳造ノズルセグメントの環状列又は集成体を含み、各々が１セグメント当たりに１以上のノズルステータベーンを含んでいる。各第１段ノズルセグメントはまた、互いに半径方向に離間された内側及び外側側壁部分を含む。ノズルセグメントが組み立てられると、ステータベーンは互いに円周方向に離間されて、環状内側側壁と外側側壁との間にステータベーンの環状列を形成する。第１段ノズルの外側側壁に結合されたノズル保持リングは、タービンのガス流路内で第１段ノズルを支持する。好ましくは水平方向正中線において分割された環状ノズル支持リングは、内側側壁と係合し、軸方向運動に抗して第１段ノズルを支持することができる。
【０００３】
側面シールは、セグメントの環状列を隣接する円周方向縁部に沿って互いにシールすることができる。サイドシールは、内側側壁の半径方向内側及び外側側壁の半径方向外側の高圧領域すなわち高圧の圧縮機吐出空気と、これよりも低圧の高温ガス流路内の高温燃焼ガスとの間をシールする。弦方向ヒンジシールは、第１段ノズルの内側側壁とノズル支持リングの軸方向接面との間、及び外側側壁と第１段バケットのシュラウドとの間をシールするのに使用される。
【０００４】
図１は、第１段ノズル１１０における従来技術による側壁保持システム１００を示している。第１段ノズル１１０は、外側側壁１１５と、内側側壁１２０と、ノズル保持リング１３０及びノズル支持リング１３５間に位置する翼形部１２５とを含む。ノズル保持リング１３０及び支持リング１３５は、タービンのケーシング（図示せず）に取り付けられる。第１段ノズルはまた、内側側壁及び外側側壁の弦方向ヒンジレールを含む。内側側壁１２０上の弦方向ヒンジレール１４５は、支持リング１３５に対する軸方向支持をノズル１１０に提供し、弦方向ヒンジレール１５０は、第１段バケット１７０のシュラウド１６０に対する軸方向支持をノズル１１０に提供する。内側弦方向ヒンジレール１４５と外側弦方向ヒンジレール１５０は更に、弦方向ヒンジシール１４７、１５２を提供する。
【０００５】
ノズル１１０の外側側壁１１５上の弦方向ヒンジレール１５０は、外側側壁１１５から半径方向外向きに突出している。弦方向ヒンジレール１５０は、その最も外側の半径方向突出部で前方に面する環状保持ランド１７５を含む。この保持ランド１７５は、保持リング上の後方に面する保持フック１８５によって定められた後方に面する環状溝１８０に嵌合する。保持リング１３０の保持フック１８５に作用する弦方向ヒンジレール１５０の保持ランド１７５は、ノズル１１０に対する半径方向支持を提供する。環状保持フック１８５は、幾つかのセグメント（図示せず）に分割することができる。円周方向支持は、保持リング１３０と保持ランド１７５を貫通する回転防止ピン（図示せず）によって提供される。    
【０００６】
発電用ガスタービンは従来、あるタイプのフック保持機構を用いている。Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製ＦＡクラス機械で典型的な連続フック構成からＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製ＦＢクラス機械で典型的な分割形フック構成に変更することにより、従来のフック保持機構に対して改良が行われてきた。この変更は、より限定されたノズル負荷及び良好なノズルシールをもたらしたが、保持リングの熱的分離も低下し、これによってノズル構成のかなりのコスト増大をもたらした。フック保持設計に関連する現場における課題の幾つかには、弦方向ヒンジシールが不十分であること、保持リングが真円でないこと、及び後方端部の応力が大きいことが含まれる。
【特許文献１】米国特許第５１７６４９６号明細書
【特許文献２】米国特許第５４５９９９５号明細書
【特許文献３】米国特許第６５３７８２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、限定されたノズル負荷及び改善されたシールを提供しながら、保持リングの熱的分離の改善、コスト低減、及びノズル構成の組立の融通性を改善することに対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガスタービン内の第１段ノズルの外側側壁を保持するための保持ピンに関する。
【０００９】
要約すると、本発明の１つの態様によれば、タービンノズルの外側側壁の保持ラグを締結するための保持ピンが提供され、外側側壁は弦方向ヒンジを含む。保持ラグは、保持リングの前方ランドと後方ランドとの間の溝内に締結され、この場合、保持ピンは、ラグ及びランド内の同軸孔に嵌合する。保持ピンは略円筒形のピンを含む。ピンは、ラグ及びランド内の同軸孔を通って嵌合するように適合された外径を有する。ピンはまた、前方ランドの同軸孔内の閉鎖端と弦方向ヒンジレールの内壁との間に嵌合するように適合された長さを有する。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、タービンノズルの外側側壁のラグを締結するための方法が提供され、該外側側壁は弦方向ヒンジを含む。保持ラグは、ラグ及びランド内の同軸孔を通って保持リングの前方ランドと後方ランドとの間の溝内に締結される。本方法は、保持ピンの先端端部上にガイド手段を設けるステップと、保持ピンの後端部に係合手段を設けるステップとを含む。更に本方法は、保持リングの後方ランド、側壁のラグ、及び保持リングの前方ランドの同軸孔を通して保持ピンを挿入するステップを含む。保持ピンが挿入されると、該ピンは、保持リングの前方ランド内の同軸孔の閉鎖端内に着座される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号は同じ要素を表す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとより理解されるであろう。
【００１２】
本発明の以下の実施形態は、改善されたノズル安定性、限定されたノズル負荷、及び改善された保持リング熱分離性を含む、多くの利点を有する。ピンは、寸法及び特徴の両方に関して保持機構に特有のものであり、タービン組立体（ノズル当たりに２つ）の機能性に不可欠である。各ノズル用のピンは、ノズルの半径方向及び円周方向位置を確保すると共に並進運動を可能にする。これらはまた、ノズル及び保持リングの両方と最小限の接触を維持して、ノズルから保持リングへの伝導性熱伝達（保持リングの真円でない原因）を有意に低減する。これらはまた、ノズルの位置決めにより、最適タービン性能を得るための所望のノズルスロート面積を設定する。ピンの軸方向長さは、ピンがその公称軸方向位置から後退することに起因してノズルが組立体内で係合解除できないように最適化され、更にピンは、低サイクル疲労、クリープ、又は曲がりやすさに起因して機能不良にならないように設計されており、これら全てはノズルの脱落を最小にしている。
【００１３】
発電用ガスタービンは、従来、フック保持機構を使用している。フック保持機構は、克服できない幾つかの設計上の欠点を本来的に有する。本発明は、フック設計の欠点に対処する。本発明の設計の一実施形態は、２つの軸方向に向いたピンを用いて第１段ノズルを保持する。この保持機構の利点は、改善されたノズル安定性、限定されたノズル負荷、翼形部後縁応力の低減、改善された保持リング熱分離性、改善されたノズル構成組立の融通性、改善された弦方向ヒンジシール、及び改善されたノズル鋳造性を含む。
【００１４】
より具体的には、第１段ノズルは、２つの軸方向に向いたピンを用いて、外側側壁において保持リングに取り付けられる。両方のピンは、各端部上で保持リング内の軸方向に向いたピン孔内で支持され、従って簡単に支持される。１つのピンは、ノズルラグ内のピン孔を貫通する。第２のピンは、ノズルラグ内のスロットを貫通する。このスロットは、ノズルの正圧側に開いている。第１のピンは、ノズルが半径方向及び接線方向で並進するのを防止する。第２のピンは、ノズルが軸方向の周りで回転するのを防止する。内側側壁及び外側側壁弦方向ヒンジレールと組み合わされた結果、十分に制約された非冗長的保持システムが得られる。
【００１５】
ラグは、ノズル安定性を最大にし、寿命を限定する特徴部、すなわち後縁に入力される応力を最小にし、限定されたノズル負荷を保証するように位置付けられる。ノズル安定性は、ラグをできる限り前方に且つできる限り離間して移動させ、ガス放出負荷に対処するためより長いモーメントアームをもたらすことによって最大にされる。支持ラグを後縁から離れて移動させることにより、後縁への応力入力が最小になる。ノズル負荷は、保持特徴部を指定方向にのみ負荷を支持することができるように設計することによって更に限定される。本発明の保持機構はまた、元のフック設計に比べて、ノズルから保持特徴部内への熱入力を劇的に低減する。接触面積を最小にしてノズル及び保持特徴部間のデッドキャビティを防ぐことでこの低減が達成される。保持機構は、組立が容易になるように設計され、製造に関してレビューされる。保持機構は、ノズル及び保持リングの寿命を改善し、漏出を低減して窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させ、同程度の技術上のエンジンに比べてノズル構成コストを大幅に低減させる。
【００１６】
第１段単一ノズルの外側側壁保持機構は、円周方向の環状溝を備えた円周方向保持リング、各々が内側側壁と外側側壁とを備えた複数の第１段ノズル、各ノズルの外側側壁上に装着された第１のラグと第２のラグ、第１の保持ピンと第２の保持ピン、及び各ノズルのための各側壁上の弦方向ヒンジレールを含む。図２Ａ、２Ｂ、３Ａ−３Ｃ、及び４は、２００７年８月１０日に出願され、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社に譲渡された「Ｏｕｔｅｒ  Ｓｉｄｅｗａｌｌ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｓｃｈｅｍｅ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｓｉｎｇｌｅｔ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｎｏｚｚｌｅ」と題された米国特許出願第１１８３６８６５号に開示されているような外側側壁保持機構の態様を示している。
【００１７】
図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ後方及び前方から見た保持リングの実施形態の等角断面図を示している。保持リング３００は、当技術分野において公知の方法でタービンのケーシングによって支持された略円筒形状の主本体３１０を含む。図示されていないが、保持リングは、組立を容易にするために好ましくは２つの半円形リングに分割される。主本体３１０は、該主本体から深さｄまで半径方向内向きに突出した円周方向保持ランド３１５のペアを含むことができる。円周方向ランドのペアは、保持リング３００の後方側に配置することができ、各ランドは、互いに軸方向に所定の距離ｗだけ離間されている。主本体３１０からの突出ｄ及び円周方向ランド３１５のペア間の所定幅ｗは、円周方向の環状溝３２０を定める。円周方向保持ランド３１５のペアは、後方保持ランド３２５と前方保持ランド３３０とを含むことができる。後方保持ランド３２５は、円周方向後方面３２６と円周方向前方面３２８とを含む。前方保持ランド３３０は、円周方向前方面３３１と円周方向後方面３３３とを含む。前方保持ランド３３０は、任意選択的に、複数の半径方向に向いた冷却孔３４０によりその円周方向長さに沿って中断され、これにより前方保持ランド３３０内に円周方向セグメント３３４を生成することができる。冷却孔３４０は、保持リングの主本体３１０外部からの空気を冷却し、ノズルを冷却するためノズルの翼形部内の内部通路と整合する通路を提供する。
【００１８】
複数の軸方向に向いた貫通孔３４５が、後方保持ランド３２５上の円周方向後方面３２６と円周方向前方面３２８との間に設けられる。複数の軸方向に向いた端部閉鎖ボア孔３５０が、前方保持ランド３３０の後方面３３３を貫通して設けられる。後方保持ランド３２５内の複数の軸方向に向いた貫通孔３４５と前方保持ランド３３０内の複数の軸方向に向けられた端部閉鎖ボア孔３５０は、軸方向で後方保持ランド３２５を通って前方保持ランド３３０のボア孔３５０内に保持ピン（図示せず）を受け入れるために、半径方向及び円周方向で同軸上に編成される。同軸上に向いた孔３５８は更に、ペア３６０を成して円周方向に配列され、保持ランドの周りで等間隔に配置される。保持ピンの積極的な捕捉機構の鍵となるペア孔３６０の円周方向配置については、後で詳細に説明する。ペア孔３６０の直径は、ノズル用の保持ピンを受け入れる大きさにされる。
【００１９】
図３Ａは、外側側壁保持機構における第１段ノズルの一実施形態の側面図を示す。図３Ｂは、第１段ノズルの外側側壁の外表面の等角図を示す。図３Ｃは、第１段ノズルの外側側壁の外表面の上面図を示す。
【００２０】
第１段ノズル４００は、内側側壁４１０、外側側壁４２０、及びこれらの間の翼形部４３０を含む。翼形部４３０は、ノズル冷却のための内部キャビティを含むことができ、この内部キャビティは、保持リングの空気冷却孔と略軸方向及び円周方向で位置合わせして整列された入口を有する。外側側壁４２０は、外面４２２と内面４２４とを含む。保持リング上の所定位置にあるときのノズル側壁の４つの側面の向きに対して、後方側面はタービン内の流れに対して下流側にあり、前方側面はタービン内の流れに対して上流側にある。更に、燃焼器端から流路を見下ろしたときに、負圧側面は時計方向側であり、正圧側面は反時計方向側である。
【００２１】
外側側壁４２０の外面４２２は、２つの保持ラグを含む。第１のラグ４４０及び第２のラグ４４５は、側壁の後方端部４５０から所定の距離ｓだけ前方に位置付けられ、これらのラグは、側壁の後方端部に対して軸方向に位置合わせされている。第１のラグ４４０は、側壁の正圧側４５６に位置付けられる。第２のラグ４４５は、側壁の負圧側４５４に位置付けられる。第１のラグ４４０及び第２のラグ４４５は、外側側壁４２０のそれぞれの縁部に近接して円周方向に位置付けられる。第１のラグ４４０及び第２のラグ４４５は、幅ｗ１を有する。ｗ１は、ノズルが保持リング上に装着されたときに、保持ランドのペアの円周方向保持溝（図２Ａの３２０）内に嵌合するように適合される。第１のラグ４４０は、軸方向に向いた端部開放スロット４４２を含む。第２のラグ４４５は、軸方向に向いた閉鎖ピン孔４４７を含む。閉鎖ピン孔４４７と端部開放スロット４４２は、ノズルが保持リング上に装着されたときに、保持ランド内の軸方向に向いた孔のセットの軸と半径方向に整列するような深さに中心がある。閉鎖ピン孔４４７と開放スロット４４２は、ノズル用の保持ピンを受け入れる大きさにされる。ノズル安定性は、ガス放出負荷に対処するためにより長いモーメントアームをもたらすようラグをできる限り前方に且つできる限り離間して配置することにより最大にされる。支持ラグを後縁から離れて移動させることにより、後縁への応力入力が最小になる。
【００２２】
外側側壁４２０は更に、後方端部４５０上に弦方向ヒンジレール４６０を含む。弦方向ヒンジレール４６０は、正圧側から負圧側まで側壁の内面から全体的に半径方向外向きで延び、更に側壁の後方端部４５０から延びる。レールは、後方保持ランドの後方面内の貫通孔が半径方向に到達範囲を少なくとも部分的に又は完全に覆うよう十分に半径方向外向きに突出する。弦方向ヒンジシール４６５が、弦方向ヒンジレール４６０の後方面４６８上に設けられ、第１段バケット用のシュラウドに接する座面を提供するようにする。弦方向ヒンジシール４６５はまた、シュラウドに接する外側側壁に軸方向支持を提供する。外側側壁のためのシュラウドによる軸方向支持は、保持ランドによって提供される半径方向及び円周方向の支持を補完する。
【００２３】
図３Ｃを参照すると、外側側壁の上面図は、側壁が軸方向から約２３°の側壁傾斜角４８５の平行四辺形の形状を有することを示している。傾斜により、外側側壁４２０の後方端部４５０（従って、弦方向ヒンジレール４６０）は、外側側壁４２０の正圧側４５６に向かって且つ負圧側４５４から離れて円周方向にシフトされるようになる。従って、第１の保持ピン４９０が第１の保持ラグ４４０内の所定位置にあると、第１の保持ピン４９０の中心線４９２に沿った軸方向の挿入及び取外しが弦方向ヒンジレール４６０によって阻止される。しかしながら、第２の保持ラグ４４５内の第２の保持ピン４９５の中心線４９６は、弦方向ヒンジレール４６０の円周方向外側に位置する。別のノズルを第２のラグ４４５に隣接した保持リング（図示せず）上に配置することで、その弦方向ヒンジの一部がピン４９５から抜け出るのを阻止することになる。
【００２４】
図４は、第１段ノズルの外側側壁保持機構５００の概略側面図を示している。高温燃焼ガスは、燃焼器（図示せず）からトランジションピース５１０を通って流れる。高温ガスは、第１段ノズル５２０に入り、翼形部４３０に衝突する。高温ガスは、翼形部４３０によって第１段バケット５４０に配向される。ノズルによって行われる配向プロセスはまた、ガス流を加速させ、入口及び出口平面間の静圧低下及びノズルの高圧負荷をもたらす。保持リング３００は、前方円周方向ランド３３０と後方円周方向ランド３２５とを含む。各第１段ノズルの外側側壁４２０の保持ラグ４４０、４４５（図には一方だけ示す）は、環状溝３２０内に嵌合する。保持ピン４９０、４９５（図には一方だけ示す）は、それぞれ後方保持ランド３２５及び前方保持ランド３３０内の軸方向孔３４５及び３５０を通って嵌合する。保持ピン４９０、４９５は、保持ラグ４４０、４４５を介して第１段ノズル５２０に半径方向及び円周方向支持を提供する。外側側壁４２０上の弦方向ヒンジレール４６０は、第１段バケット５４０用のシュラウド５５０と接触する弦方向ヒンジシール４６５の点においてノズルに対し軸方向支持を提供する。内側側壁４１０上の弦方向ヒンジレール４７０は、支持リング５８０と接触する弦方向ヒンジシール４７５の点においてノズルに対し軸方向支持を提供する。保持ピン４９０、４９５（図には一方だけ示す）は、弦方向ヒンジレール４６０によって保持ラグ４４０、４４５から後退して出るのが阻止される。
【００２５】
本発明の保持ピンは、関連する新しい二重ピンすなわち外径ノズル保持機構に対応するように開発された。これらのピンは、タービンノズルの半径方向位置を固定しながら幾らかの並進を可能にする。ピンはまた、あらゆるピン保持特徴部の不具合に関係せず、ノズルが組立体と係合解除しないように設計される。ピンはまた、取付けている間にノズルの回転（１つのピンの周り）を可能にする。
【００２６】
ピンにより、タービンノズルを保持リングから熱的に分離すると共に、置き換えられたフック特徴部の保持能力（半径方向及び円周方向への）を依然として実施するのが可能になる。正確なノズルスロート面積を設定すること、並びにタービン内で係合解除しないようにノズルを固定することもこのピン設計によって解決される。
【００２７】
従来技術による設計は、ピンを保持リングとノズルの両方において回転防止特徴部としてだけ使用することを含む。
【００２８】
ピンは、寸法及び特徴の両方に関して保持機構に特有のものであり、タービン組立体の機能性に不可欠である。各ノズル用のピンは、ノズルの半径方向及び円周方向位置を確保すると共に並進運動を可能にする。これらはまた、ノズル及び保持リングの両方と最小限の接触を維持して、ノズルから保持リングへの伝導性熱伝達（保持リングが真円でない原因）を有意に低減する。これらはまた、ノズルの位置決めにより、最適タービン性能を得るための所望のノズルスロート面積を設定する。ピンの軸方向長さは、ピンがその公称軸方向位置から後退することに起因してノズルが組立体内で係合解除できないように最適化され、更にピンは、低サイクル疲労、クリープ、又は曲がりやすさに起因して機能不良にならないように設計されており、これら全てはノズルの脱落を最小にしている。
【００２９】
ピンは、その形状、大きさ、及び材料に基づいてどのノズルも組立体と係合解除しないことを保証する。既成のピンは、同じ機能を遠隔で達成するために直径並びに長さを修正するよう機械加工する必要がある。これらのピンはまた、保持リングを熱的に分離し、真円でないことに起因する保持リングの補修が低減されることになる。あらゆる他の長さ及び形状は、ノズルの移動を消極的な方法で阻止するか、或いはノズルの係合解除を許容することになる。保持ピンは、タービン組立体に対する全ての基準のセットに適合するＡＮＳＹＳを使用して、降伏応力、低サイクル疲労、及びクリープ破壊のための最悪のシナリオにおいて解析された。ピン自体は、その形状及び大きさに起因してノズル係合解除を防止すると共に、ノズルの最適位置も維持する。ピンはまた、取付け中にノズルの回転を可能にする円筒形又は球状の中央形状、すなわち現在のタービンには存在しない特徴を有している。
【００３０】
図５は、保持リングを第１段ノズルの外側側壁の保持ラグに接続する本発明のピンの一実施形態の拡大図である。保持リング３００は、後方保持ランド３２５と前方保持ランド３３０とを含む。後方保持ランド３２５は、貫通孔３４５を含む。前方保持ランドは、端部閉鎖孔３５０を含む。外側側壁４２０は、第１のラグと第２のラグとを含み、この図においては、第２のラグ４４５が見られ、保持リング３００の溝３２０内に嵌合されている。弦方向ヒンジ４６０は、内面４６７とシュラウド５５０に接してシールする弦方向シール４６５とを含む。
【００３１】
保持ピン６００は、保持リング３００を外側側壁４２０の第２のラグ４４５に取り付けて係合させた状態で示されている。同等の保持ピン４９０が、同様の方法で第１のラグ４４０と係合する（図３Ｃ参照）。ピン６００の本体６１０の一実施形態は、円筒形とすることができる。保持ピン６００の円筒形本体６１０及びラグ４４０、４４５間の限定された接触領域は、高温の側壁４２０から保持リング３００への熱伝達を制限する。円筒形のピン本体６１０において、ピン直径６４０とラグ４４５内のピン孔４４７（図３Ｂ）の直径４４８との間にはクリアランスが設けられ、エンジンの始動及び運転停止中にノズルが前方及び後方に転動できるようにする。ピンは長さ６４５を有する。
【００３２】
図６Ａ及び６Ｂに示すピンの別の実施形態は、ピン６００の前方セクション６５０及び後方セクション６６０において略円筒形状を含むことができ、ピンの略中央点にある球状隆起６２０が表面の周りで円周方向に延び、球状凹部６３０が、球状隆起６２０の両側に円周方向に延びている。特に、保持ピンの実施形態の球状隆起６２０は、保持ラグ４４０、４４５（図３Ｃ）と保持リングとの間の有効接触領域を制限し、更に、高温の側壁４２０から保持リング３００への熱伝達を制限する。球状隆起６２０は更に、エンジンの始動又は運転停止中にノズルが前方及び後方に転動できるようにする。
【００３３】
ピンの長さ６４５（図５）は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製の７ＦＡ  ＨＧＰガスタービンにおいて設計長約２．７００インチ、公差約±０．２００インチを有することができるが、他の用途ではピンを拡縮することができる。ピンの直径は、約０．５００インチ＋／−０．００５インチに最適化されたが、同様に、異なるエンジンにおいては拡縮可能である。ピン６００は、端部閉鎖孔３５０内の閉鎖端３５１と弦方向ヒンジレール４６０の内壁４６７との間に嵌合するような大きさにされる。更にピン６００は、弦方向ヒンジレール４６０の内壁４６７と接触するよう後退した場合でも、ピン６００が前方保持ランド３３０の端部閉鎖孔３５０と依然として係合するような大きさにされる。ピン６００はまた、前方保持ランドの端部閉鎖孔３５０内の閉鎖端３５１上で完全に前方に着座したときに、後方保持ランド３２５内の貫通孔３４５と係合するような大きさにされる。
【００３４】
ピンの前端部には、組立を容易にすることができるガイド手段がある。ガイド手段は、例えば、実質的な面取り部、単純なブレークエッジ、丸み部、又は何か類似のもの（大きさ及び形状は変わることができる）とすることができるが、いずれにしても組立中にピンを孔に案内することになる。
【００３５】
ピンの後端部には、係合手段を設けることができる。係合手段は、プライヤと係合することになるピンの単純な円筒端部を含むことができる。しかしながら、他の工具による取外しを可能にするために、ピンの端部に他の係合手段を設けることもできる。こうした係合手段は、限定ではないが、ピンの後端部の円筒面に貫通孔を設けること、又はピンの後端部に平行なセグメントスロットを設けることを含むことができる。係合手段の一実施形態は、ピン後端部の円筒面上のネジ孔である。
【００３６】
図６Ａ〜６Ｂは、球形中心形状を備えた本発明によるピンの一実施形態の前端及び後端等角図を示している。保持ピン６００は、円筒形の前方セクション６５０と後方セクション６６０とを含む。ピンの前端部６１５はガイド手段を含む。ピンのガイド手段の一実施例として面取り部６８０が示されている。球形中心隆起６２０は、球状凹部６３０間の中心にある。後端部６１７は、雌ネジ６９５を有する円筒形キャビティ６９０を含むことができる。
【００３７】
図７Ａ〜７Ｂは、本発明の保持ピンの後端部係合機構の別の実施形態を示している。図７Ａは、保持ピン６００の円筒形本体６１０の後端部６１７を示している。円筒形本体６１０は、取り付けられたピンの引き出しを容易にするため工具と係合する半径方向貫通孔６６５を含む。図７Ｂは、保持ピン６００の円筒形本体の後端部６１７を示している。円筒形本体６１０は、取外し用工具と係合するための２つの平行なセグメントスロット６５５を含む。
【００３８】
タービンノズルの弦方向ヒンジを含む外側側壁のラグを保持リングの前方ランドと後方ランドとの間の溝内にラグ及びランド内の同軸孔を通って締結する方法が提供される。本方法は、保持ピンの先端端部にガイド手段を設けるステップと、保持ピンの後端部に係合手段を設けるステップと、保持リングの後方ランド、側壁のラグ、及び保持リングの前方ランドの同軸孔を通って保持ピンを挿入するステップとを含む。
【００３９】
保持リング及びラグの同軸孔を通って保持ピンを挿入するステップは、ピン６００の後端部６１７上の係合手段と組み合わせるように適合された工具を準備し、この工具をピン上の係合手段と組み合わせることを含むことができる。
【００４０】
本発明のピンの実施形態を取り外す方法において、係合手段がピンの後端部に設けられる。更に、ピンの後端部上の係合手段と組み合わせるように適合された工具が準備される。工具は、プライヤのペアのように単純なものであってよい。工具は、図７Ａに示すようなピンの一実施形態における後端部６１７内の貫通孔６６５に嵌合することになる孔あけ器様デバイスを含むことができる。工具はまた、図７Ｂに示すようなピンの別の実施形態における平行セグメントスロット６５５を提供する後端部係合手段と組み合わせるためのプライヤ様デバイスを含むことができる。係合手段の更に別の実施形態において、工具は、図６Ｂのピン６００の後端部６１７内のキャビティ６９０のネジ部６９５と係合するネジ付きヘッド端部を含むことができる。工具のネジ付きヘッドに付随して、工具は更に、ピンを引き出すためにスライドハンマ又は同様のデバイスを含むことができる。
【００４１】
本明細書では本発明の幾つかの特徴だけを図示し説明してきたが、当業者であれば、多くの修正及び変形が想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神に含まれるこうした全ての修正び変形形態を保護することを意図している点は理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来技術のガスタービンにおける外側側壁用フック保持機構を利用した典型的な側壁保持機構第１段ノズル。
【図２Ａ】外側側壁保持機構の本発明による保持リングの一実施形態。
【図２Ｂ】外側側壁保持機構の本発明による保持リングの一実施形態。
【図３Ａ】外側側壁保持機構の本発明による単一の第１段ノズルの一実施形態。
【図３Ｂ】外側側壁保持機構の本発明による単一の第１段ノズルの一実施形態。
【図３Ｃ】外側側壁保持機構の本発明による単一の第１段ノズルの一実施形態。
【００４３】
【図４】外側側壁保持機構の概略側面図。
【図５】保持リングを第１段ノズルの外側側壁の保持ラグに接続する本発明のピンの一実施形態の拡大図。
【図６Ａ】球形中心形状を有する本発明の保持ピンの一実施形態の前方端分等角図。
【図６Ｂ】球形中心形状及び末端面上の孔を有する本発明の保持ピンの一実施形態の後方端部等角図。
【図７Ａ】取り外し可能工具を係合させるための半径方向貫通孔を含む本発明の保持ピンの一実施形態の後端部を示す図。
【図７Ｂ】取り外し可能工具を係合させるための軸方向のセグメント切込みを含む本発明の保持ピンの一実施形態の後端部を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１００  側壁保持システム
１１０  第１段ノズル
１１５  外側側壁
１２０  内側側壁
１２５  翼形部
１３０  ノズル保持リング
１３５  ノズル支持リング
１４５  内側側壁弦方向ヒンジレール
１４７  内側側壁弦方向ヒンジシール
１５０  外側側壁弦方向ヒンジレール
１５２  外側側壁弦方向ヒンジシール
１６０  シュラウド
１７０  第１段バケット
１７５  環状保持ランド
１８０  環状溝
１８５  保持フック
３００  ノズル保持リング
３１０  主本体
３１５  円周方向保持ランドのペア
３２０  環状溝
３２５  後方保持ランド
３２６  後方保持ランドの円周方向後方面
３２８  後方保持ランドの円周方向前方面
３３０  前方保持ランド
３３１  前方保持ランドの円周方向前方面
３３３  前方保持ランドの円周方向後方面
３３４  円周方向セグメント
３４０  冷却孔
３４５  貫通孔
３５０  端部閉鎖孔
３５１  閉鎖端
３５８  同軸孔
３６０  ペア孔
４００  第１段ノズル
４１０  内側側壁
４１５  内側表面の内面
４２０  外側側壁
４２２  外側側壁の外面
４２４  外側側壁の内面
４３０  翼形部
４３５  ラグ
４４０  第１の（保持）ラグ
４４２  端部開放スロット
４４５  第２の（保持）ラグ
４４７  ピン孔
４４８  ピン孔の直径
４５０  外側側壁の後方端部
４５２  外側側壁の前縁部
４５４  負圧側
４５６  正圧側
４６０  外側側壁弦方向ヒンジレール
４６５  外側側壁弦方向ヒンジシール
４６７  外側側壁弦方向ヒンジレールの内側表面
４６８  外側側壁弦方向ヒンジレールの後方面
４７０  内側側壁弦方向ヒンジレール
４７２  内側側壁弦方向ヒンジレールの後方面
４７５  内側側壁弦方向ヒンジシール
４８０  傾斜防止ラグ
４８５  側壁傾斜角
４９０  第１の保持ピン
４９２  第１の保持ピン中心線
４９５  第２の保持ピン
４９６  第２の保持ピン中心線
５００  外側側壁保持機構
５１０  トランジションピース
５２０  第１段ノズル
５３０  保持ラグ
５４０  第１段バケット
５５０  シュラウド
５８０  支持リング
５９０  保持ピン
６００  保持ピン
６１０  円筒形本体
６１５  前端部
６１７  後端部
６２０  球状隆起部
６３０  球状凹部
６４０  ピンの直径
６４５  ピンの長さ
６５０  前方セクション
６５５  スロット
６６０  後方セクション
６６５  半径方向貫通孔
６７０  後方セクション
６８０  面取り部
６９０  キャビティ
６９５  雌ネジ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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