(57)【要約】      （修正有）【課題】ノズル負荷及びシールの改善、保持リングの熱分離の改善、コストの低減、及びノズル構成の組み付けの融通性の改善を提供する。【解決手段】ガスタービンの第１段シングレットノズルの外側側壁保持機構５００は、本体３１０と半径方向内方に突出する円周方向保持ランドのペア３２５，３３０とを有する円周方向保持リング３００を含む。円周方向環状保持溝３２０は、円周方向保持ランドのペア３２５，３３０間に形成される。各ノズル５２０の外側側壁４２０の外面上に取り付けられる第１のラグ４４０及び第２のラグ４４５は、保持リングの円周方向環状保持溝３２０内に嵌合するように適合され、各々が円周方向保持ランド３２５，３３０を貫通する第１の保持ピン４９０及び第２の保持ピン４９５によって半径方向及び円周方向に支持される。【選択図】図５
2009041568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの第１段シングレットノズル５２０のための外側側壁保持機構であって、
本体と、該本体から半径方向内方に突出し、且つ所定の距離だけ互いに離隔した円周方向保持ランド３２５，３３０のペアとを含む円周方向保持リング３００と、
前記円周方向保持ランド３２５，３３０のペアの間に所定の距離の幅を有する円周方向環状保持溝３２０と、
内側側壁４１０と外側側壁４２０とを各々含む第１段ノズル５２０と、
各ノズルの外側側壁４２０の外面４２２上に取り付けられ、前記保持リング３００の円周方向環状保持溝３２０内に嵌合する第１のラグ４４０及び第２のラグ４４５と、
前記円周方向環状保持溝３２０内の第１のラグ４４０を前記円周方向保持ランド３２５，３３０のペアに取り付けるための第１の保持ピン４９０と、前記円周方向環状保持溝３２０の第２のラグ４４５を前記円周方向保持ランド３２５，３３０に取り付けるための第２の保持ピン４９５と、
各ノズル５２０の外側側壁４２０上の弦ヒンジレール４６０及び弦ヒンジシール４６５と、
各ノズル５２０の内側側壁４１０上の弦ヒンジレール４７０及び弦ヒンジシール４７５と、
を備える外側側壁保持機構。
【請求項２】
複数の軸方向に向いた貫通孔３４５を含む前記円周方向保持ランドのペアの後方保持ランド５２５と、複数の軸方向に向いた閉鎖端孔３５０を含む前記円周方向保持ランドのペアの前方保持ランド５３０とを備え、
前記後方保持ランド５２５及び前記前方保持ランド５３０の対応するセットが軸方向及び円周方向に整列されている、
請求項１に記載の第１段シングレットノズル５２０のための外側側壁保持機構５００。
【請求項３】
前記外側側壁４２０が更に、前記外側側壁上の弦ヒンジレール４６０の後方表面４６８の弦ヒンジシール４６５を含み、該弦ヒンジシール４６５が第１段バケット５４０のシュラウド５５０の対向する面と接触し、これにより前記ノズル５２０の軸方向支持を提供し且つ前記外側側壁４２０と前記シュラウド５５０との間のシール経路を形成する、
請求項２に記載の外側側壁保持機構５００。
【請求項４】
前記内側側壁４１０が更に、前記内側側壁上の弦ヒンジレール４７０の後方表面４７２の弦ヒンジシール４７５を含み、該弦ヒンジシール４７５が支持リング５８０の対向する面と接触し、これにより前記ノズル５２０の軸方向支持を提供し且つ前記前記内側側壁４１０と前記支持リング５８０との間の経路をシールする、
請求項２に記載の外側側壁保持機構５００。
【請求項５】
前記第１のラグ４４０は、前記外側側壁４２０の正圧端部に近接して円周方向外方に取り付けられ且つ前記外側側壁４２０の後方端部から前方軸方向に取り付けられ、前記第１のラグ４４０が更に、前記外側側壁４２０の外面４２２から半径方向外方に突出し、これによりノズル５２０が前記保持リング３００に取り付けられたときに前記円周方向環状保持溝３２０内に実質的に嵌合するように適合され、
前記第２のラグ４４５は、前記外側側壁４２０の負圧端部に近接して円周方向外方に取り付けられ且つ前記外側側壁の後方端部から前方軸方向に取り付けられ、前記第２のラグが更に、前記外側側壁４２０の外面４２２から半径方向外方に突出し、これによりノズル５２０が前記保持リング３００に取り付けられたときに前記円周方向環状保持溝３２０内に実質的に嵌合するように適合される、
請求項２に記載の外側側壁保持機構。
【請求項６】
前記第１のラグ４４０が更に、前記第１の保持ピン４９０を収容するスロット４４２を含み、前記スロット４４２が、前記ノズル５２０が前記保持リング３００上に取り付けるように位置付けられたときに前記円周方向保持ランド３２５，３３０のペア内の対応する孔３４５、３５０のセットと半径方向及び円周方向で整列され、
前記第２のラグ４４５が更に、前記第２の保持ピン４９５を収容する閉鎖孔４４７を含み、前記閉鎖孔４４７が、前記ノズル５２０が前記保持リング３００上に取り付けるように位置付けられたときに前記円周方向保持ランド３２５，３３０のペア内の対応する孔３４５、３５０のセットと半径方向及び円周方向で整列される、
請求項５に記載の外側側壁保持機構５００。
【請求項７】
前記第１のラグ４４０及び前記第２のラグ４４５が、可能な限り最大範囲まで前記外側側壁４２０上で円周方向に離れて位置付けられ、前記第１のラグ４４０及び前記第２のラグ４４５が、可能な限り最大範囲まで前記外側側壁４２０の後方端部から軸方向前方に位置付けられている、
請求項５に記載の外側側壁保持機構５００。
【請求項８】
前記複数の軸方向に向いた貫通孔が、前記保持リング３００の後方ランド３３２５の周辺で等距離で間隔を置いて配置された軸方向に向いた孔３６０のペアを備え、前記ペアが、前記ノズルの第１の保持ピンを受け容れる前記ペアの第１の保持孔と、隣接する後続のノズルの第２の保持ピンを受け容れる前記ペアの第２の保持孔とを含む、
請求項２に記載の外側側壁保持機構。
【請求項９】
前記外側側壁４２０上の弦ヒンジレール４６０が、前記後方保持ランド３２５の後方円周面３２６に近接して前記外側側壁４２０の後方端部４５０からほぼ半径方向外方に延びて、前記後方保持ランド３２５の軸方向に向いた貫通孔３６０のペアを部分的に覆う及び完全に覆ううちの少なくとも一方になる、
請求項８に記載の外側側壁保持機構。
【請求項１０】
前記外側側壁４２０は、該外側側壁４２０の後端に沿ってほぼ円周方向で延びる弦ヒンジレール４６０が前記後方保持ランド３２５の後方表面の一部を覆うように傾斜され、前記後方保持ランド３２５が、前記ノズルの第１の保持孔と隣接する後続ノズルの第２の保持孔とを含み、
外側側壁が、該外側側壁４２０の後端に沿ってほぼ反時計回りの円周方向で延びる弦ヒンジレール４６０が前記後方保持ランドの後方表面の一部から離れて覆わないように傾斜され、前記後方保持ランドが、前記ノズルの第２の保持孔と隣接する後続ノズルの第１の保持孔とを含む、
請求項９に記載の外側側壁保持機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルを取り付けるための装置に関し、より具体的には第１段シングレットノズルの外側側壁保持機構に関する。
【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室から第１段ノズル及びバケットを通り、更に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段ノズルは通常、１つのセグメントにつき１つ又はそれ以上のノズルステータベーンを各々が有する鋳造ノズルセグメントの環状アレイ又は集成体を含む。各第１段ノズルセグメントはまた、互いに半径方向に間隔を置いて配置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付けられると、ステータベーンは、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、環状内側側壁と外側側壁との間に環状のアレイを形成する。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。好ましくは水平中心線で分割された環状ノズル支持リングは、内側側壁により係合され、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】
サイドシールは、隣接する円周方向縁部に沿ってセグメントの環状アレイを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方且つ外側側壁の半径方向外方の高圧領域、すなわち高圧の圧縮機吐出空気と、より低圧の高温ガス流路内の高温の燃焼ガスとの間をシールする。弦ヒンジシールは、第１段ノズルの内側側壁と、ノズル支持リングの軸方向に向いた面との間、並びに外側側壁と第１段バケットのシュラウドとの間をシールするのに用いられる。
【０００４】
図１を参照すると、参照符号１０で示された、ガスタービンの汎用タービンセクションの代表的な実施例が図示されている。タービン１０は、図示していない燃焼器の環状アレイから高温燃焼ガスを受け取り、該高温ガスを移行部１２を通じて移行させて環状高温ガス通路１４に沿って流すようにする。タービン段は、高温ガス通路１４に沿って配置されている。各段は、タービンロータ上に取り付けられ該タービンロータの一部を形成する複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケットと、ノズルの環状アレイを形成する複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータベーンとを含む。例えば、第１段は、第１段ロータホイール１８上に取り付けられた複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケット１６と、複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータベーン２０とを含む。同様に、第２段は、ロータホイール２４上に取り付けられた複数のバケット２２と複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータベーン２６とを含む。追加の段を設けることもでき、例えば、第３段ロータホイール３０上に取り付けられた複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケット２８と複数の円周方向に間隔をおいて配置されたステータベーン３２とから構成される第３段を設けることができる。ステータベーン２０、２６及び３２は、タービンケーシング上に取り付けられてこれに固定され、バケット１６、２２及び２８並びにホイール１８、２４及び３０はタービンロータの一部を形成することは理解されるであろう。ロータホイール間にはスペーサ３４及び３６が設けられ、これらもまたタービンロータの一部を形成する。圧縮機吐出空気は、第１段の半径方向内方且つ半径方向外方に配置された領域３７内に位置し、このような領域３７にある空気は、高温ガス通路１４に沿って流れる高温ガスの圧力よりも高圧であることが分かるであろう。
【０００５】
タービンの第１段を参照すると、第１段ノズルを形成するステータベーンは、内側側壁３８と外側側壁４０との間にそれぞれ配置され、タービンケーシングから支持される。上述のように、第１段のノズルは、複数のノズルセグメントから形成され、各々が内側及び外側側壁間に延びてセグメントの環状アレイ内に配置された１つ又は２つのステータベーンが取り付けられている。タービンケーシングに接続されたノズル保持リング４２は、外側側壁に結合されて第１段ノズルを固定する。第１段ノズルの内側側壁３８の半径方向内方のノズル支持リング４４は内側側壁３８を係合する。詳細には、内側側壁３８とノズル支持リング４４との間の境界面は内側レール５２を含む。内側レール５２は、弦方向で直線的に延びる軸方向突出部を含み、これは以下では全体的に且つ総称して弦ヒンジシールと呼ぶ。高圧圧縮機吐出空気は領域３７にあり、高温ガス通路１４を流れる低圧高温ガスは弦ヒンジシールの反対側にあることは理解されるであろう。従って、弦ヒンジシールは、高圧領域３７から高温ガス通路１４の低圧領域内への漏出に抗してシールすることを目的としている。
【０００６】
ノズルは、エンジン軸の周りで円周方向に配列された複数の半径方向に延びる翼形部を含み、該翼形部は半径方向内側及び外側の円周側壁により支持される。内側又は外側側壁の何れかは、ノズルを固定エンジン搭載構造体に結合するある種のフランジを含むことができる。一般に、複数のタービンノズルは、複数のタービンロータ段と交互に配置されている。ノズルにより行われる配向プロセスはまた、ガス流を加速し、入口面と出口面との間の静圧低減及びノズルの高圧負荷をもたらすことになる。加えて、ノズルは、半径方向の取付面での高温燃焼ガス及び冷却空気からの高熱勾配を生じる。
【０００７】
ノズル側壁周辺の円周方向位置でボルト及びクランプを使用すると、側壁への制約条件として作用し、この側壁が取り付けられる構造体よりも高温になり、ノズルの外側側壁を半径方向に湾曲させて、側壁に取り付けられる翼形部に応力を加えることになる。こうした翼形部への応力により、翼形部の後縁に亀裂の形成が生じる可能性がある。
【０００８】
図２は、第１段ノズル１１０における従来技術の側壁保持システム１００をより詳細に示している。第１段ノズル１１０は、外側側壁１１５、内側側壁１２０、及びノズル保持リング１３０とノズル支持リング１３５との間に位置付けられた翼形部１２５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に対する弦ヒンジレールを含む。内側側壁１２０上の弦ヒンジレール１４５は、支持リング１３５に接してノズル１１０の軸方向支持を提供し、弦ヒンジレール１５０は、第１段バケット１７０のシュラウド１６０に接してノズル１１０の軸方向支持を提供する。内側弦ヒンジレール１４５及び外側弦ヒンジレール１５０は更に、弦ヒンジシール１４７、１５２を提供する。ノズル１１０の外側側壁１１５上の弦ヒンジレール１５０は、外側側壁１１５から半径方向外方に突出する。弦ヒンジレール１５０は、その最も外側の半径方向突出部において前方に向いた環状保持ランド１７５を組み込んでいる。保持ランド１７５は、保持リング上で後方に向いた保持フック１８５により定められた後方に向いた環状溝１０と嵌合する。支持リング１３０の保持フック１８５に作用する弦ヒンジレール１５０の保持ランド１７５は、ノズル１１０の半径方向支持を提供する。環状保持フック１８５はセグメント（図示せず）に分割することができる。円周方向の支持は、保持リング１３０及び保持ランド１７５を貫通する回転防止ピン（図示せず）により提供される。
【０００９】
発電用ガスタービンでは従来、フック保持方式のタイプを使用している。従来のフック保持方式に関しては、典型的にはＧＥ製ＦＡクラス機械の連続フック構成から、典型的にはＧＥ製ＦＢクラス機械のセグメントフック構成に変更することによって改善されてきた。この変更は、より確定的なノズル負荷とより良好なノズルシールとをもたらしたが、同様にまた、保持リングの熱分離が最適にはならず、これによりノズル構成の大幅なコストアップをもたらすことにもなった。フック保持設計に関する分野の課題の幾つかには、弦ヒンジシールが不完全であること、保持リングが真円ではないこと、及び後縁応力が大きいことが含まれる。
【００１０】
従って、確定的なノズル負荷及びシールの改善を提供しながら、更に保持リングの熱分離の改善、コストの低減、及びノズル構成の組み付けの融通性の改善をももたらす必要性がある。
【特許文献１】米国特許第５，１７６，４９６号公報
【特許文献２】米国特許第６，５３７，０２３号公報
【特許文献３】米国特許第５，４５９，９９５号公報
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、ガスタービンエンジンにおける第１段シングレットノズルの外側側壁を保持するための装置及び方法に関する。
【００１２】
要約すると、本発明の１つの態様によれば、ガスタービンの第１段シングレットノズルのための外側側壁の保持機構が提供される。本保持機構は、円周方向保持ランドを含む。保持リングは、本体と、該保持リングの本体から半径方向内方に突出する円周方向保持ランドのペアとを含む。円周方向保持ランドのペアは、所定の距離だけ互いから隔てることができる。円周方向保持ランドのペア間に円周方向環状保持溝が形成され、該溝は、円周方向保持ランドのペア間に所定の距離の幅を有する。
【００１３】
内側側壁及び外側側壁を含む第１段ノズルを保持リング上に組み付けることができる。各ノズルの外側側壁の外面上に第１のラグ及び第２のラグを取り付けることができる。第１のラグ及び第２のラグは、保持リングの円周方向環状保持溝内に嵌合するように適合される。円周方向環状保持溝内の第１のラグを円周方向保持ランドのペアに取り付けるために第１の保持ピンが設けられ、円周方向環状保持溝内の第２のラグを円周方向保持ランドに取り付けるために第２の保持ピンが設けられる。２つの弦ヒンジシールをノズルに設けることができる。１つの弦ヒンジシールは、各ノズルの外側側壁上に取り付けられる。弦ヒンジレールはまた、各ノズルの内側側壁上に設けられる。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、ガスタービンの第１段において第１段シングレットノズルを保持するための方法が提供される。ガスタービンは、平行な円周方向保持ランドのペアとこれらの間にある溝とを有する第１段保持リング、第１のラグと第２のラグと弦ヒンジシールとを有するノズル、及び弦ヒンジレールを有する内側側壁を含む。
【００１５】
本方法は、第１のラグを円周方向保持ランドのペアにピン留めし、第２のラグを円周方向保持ランドのペアにピン留めすることによって、外側側壁保持機構でノズルに対して半径方向及び円周方向の支持を提供する段階を含む。ノズルの軸方向支持は、外側側壁上の弦ヒンジレールと内側側壁上の弦ヒンジレールとによって提供される。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、第１段シングレットノズルに対して側壁保持機構を利用したガスタービンが提供される。保持機構は、円周方向保持リングを含む。保持リングは、本体と、該保持リングの本体から半径方向内方に突出する円周方向保持ランドのペアとを含む。円周方向保持ランドのペアは、所定の距離だけ互いから隔てることができる。円周方向保持ランドのペア間に円周方向環状保持溝が形成され、該溝は、円周方向保持ランドのペア間に所定の距離の幅を有する。
【００１７】
内側側壁及び外側側壁を含む第１段ノズルが設けられる。外側側壁は、保持リングの軸方向から傾斜させることができる。各ノズルの外側側壁の外面上に取り付けられた第１のラグ及び第２のラグは、保持リングの円周方向環状保持溝内に嵌合するように適合される。複数の第１段ノズルの各々に対して第１の保持ピン及び第２の保持ピンを有する複数の保持ピンが含まれる。第１の保持ピンは、円周方向環状保持溝内の第１のラグを円周方向保持ランドのペアに取り付けるように適合される。第２の保持ピンは、円周方向環状保持溝内の第２のラグを円周方向保持ランドに取り付けるように適合される。各ノズルは更に、外側側壁上の弦ヒンジレールと内側側壁上の弦ヒンジレールとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めばより理解されるであろう。各図面全体を通じて、同じ参照符号は同じ要素を示している。
【００１９】
本発明の以下の実施形態には、ノズル安定性の改善、確定的なノズル負荷、翼形部後縁の応力低減、保持リングの熱分離の改善、ノズル構成の組み付けの融通性の改善、弦ヒンジシールの改善、及びノズル鋳造性の改善を含む、多くの利点を有する。
【００２０】
発電ガスタービンでは従来、フック保持方式を使用している。フック保持方式は、本質的に、克服できない幾つかの設計上の欠点がある。本発明はフック設計のこの欠点を克服する。本発明の設計の１つの実施形態では、第１段ノズルを軸方向に向いた２つのピンを用いて保持する。この保持方式の利点は、ノズル安定性の改善、確定的なノズル負荷、翼形部後縁の応力低減、保持リングの熱分離の改善、ノズル構成の組み付けの融通性の改善、弦ヒンジシールの改善、及びノズル鋳造性の改善を含む。
【００２１】
より具体的には、第１段ノズルは、軸方向に向いた２つのピンを用いて外側側壁の保持リングに取り付けられる。両方のピンは、保持リング内の軸方向に向いたピン孔の各端部上に支持される。１つのピンがノズルラグのピン孔を貫通して通る。次のピンは、ノズルラグのスロットを貫通して通る。スロットは、ノズルの正圧側に開いている。第１のピンにより、ノズルの半径方向及び接線方向の並進が阻止される。第２のピンにより、ノズルの軸方向回りの回転が阻止される。内側側壁及び外側側壁の弦ヒンジレールと組みあわせると、完全に拘束された非冗長性の保持システムになる。ラグは、ノズル安定性を最大にし、致命的特徴部（すなわち後縁）への応力入力を最小にし、確定的ノズル負荷を保証するようにして位置付けられる。ノズル安定性は、ラグを可能な限り前方に且つ可能な限り離れて移動させて、ガス放出負荷に対応してより長いモーメントアームを生成することにより最大にされる。支持ラグを後縁から離れるように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、保持特徴部を設計方向でだけ負荷を支持できるように設計することによって、より確定的になる。本発明の保持方式はまた、元のフック設計と比べると、ノズルから保持特徴部への熱入力を大幅に低減する。この低減は、接触域を最小にし、ノズルと保持特徴部との間の無駄なキャビティ部を防止することにより達成される。本発明の保持方式は、組み付け及び製造が容易になるように設計される。
【００２２】
保持方式の改善により、ノズル及び保持リングの寿命の向上、窒素酸化物（Ｎｏｘ）低減をもたらす漏出低減、及び同等技術のエンジンに比べてノズル構成コストの大幅な低減が得られる結果となる。
【００２３】
第１段シングレットノズルの外側側壁保持方式は、円周方向環状溝を有する円周方向保持リング、内側側壁及び外側側壁を各々有する複数の第１段ノズル、各ノズルの外側側壁上に取り付けられた第１のラグ及び第２のラグ、第１の保持ピン及び第２の保持ピン、並びに各ノズルの各側壁上の弦ヒンジレールを含む。
【００２４】
図３Ａ及び３Ｂは、それぞれ後方及び前方視野からの保持リングの１つの実施形態の等角断面図を示している。保持リング３００は、当該技術分野で高知の方法でタービンのケーシングにより支持された、ほぼ円筒形の本体３１０を含む。図示していないが、保持リングは、組み付けを容易にするために２つの半円形リングに分割されるのが好ましい。本体３１０は、該本体３１０から半径方向内方に突出する円周保持ランドのペアを含むことができる。円周ランドのペアは、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、所定の距離ｗだけ互いから軸方向に隔てられている。本体３１０からの突出ｄ及び円周保持ランド３１５のペア間の所定の幅ｗは、円周環状溝３２０を定める。円周保持ランド３１５のペアは、後方保持ランド３２５及び前方保持ランド３３０を含むことができる。後方保持ランド３２５は、後方円周面３２６と前方円周面３２８とを含む。前方保持ランド３３０は、弦ヒンジレール３３１と後方円周面３３３とを含む。前方保持ランド３３０は、任意選択的に、その円周方向長さに沿って複数の半径方向に向いた冷却孔３４０により中断され、これにより前方保持ランド３３０の円周方向セグメントが生成される。冷却孔３４０は、保持リングの本体３１０の外側からの空気を冷却し、ノズルを冷却するためにノズルの翼形部内で内部チャネルと嵌合するための通路を提供する。
【００２５】
後方保持ランド３２５の後方円周面３２６と前方円周面３２８との間には、複数の軸方向に向いた貫通孔３４５が設けられている。複数の軸方向に向いた閉鎖ボア孔３５０が、前方保持ランド３３０の後面３３３を貫通して設けられている。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いた閉鎖ボア孔３５０とは、半径方向及び円周方向で同軸上に編成され、後方保持ランド３２５を軸方向に貫通して前方保持ランド３３０のボア孔３５０に入る保持ピン（図示せず）を受け容れる。中心線３５８と同軸上に向いた孔は更に、保持ランドの回りで円周方向にペアで等間隔に配置される。保持ピンの確実な取り込み方式の鍵となる、ペア孔３６０の円周方向配列については、以下で詳細に説明する。ペア孔３６０の直径は、ノズルの保持ピンを受け容れるような大きさにされる。
【００２６】
図４Ａは、外側側壁保持方式における第１段ノズルの１つの実施形態の側面図を示す。図４Ｂは、第１段ノズルの外側側壁の外面の等角図を示す。図４Ｃは、第１段ノズルの外側側壁の外面の平面図を示す。
【００２７】
第１段ノズル４００は、内側側壁４１０、外側側壁４２０、及びこれらの間にある翼形部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、保持リングの冷却孔（図３Ｂの３４０）と軸方向及び円周方向でほぼ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及び内面４２４を含む。ノズル側壁の４つの側部の向きに関しては、タービンを流れに対して後方側は上流側、前方側は下流側である。更に、燃焼器端から流路を見たときに、正圧側は時計回り、負圧側は反時計回りである。
【００２８】
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、所定の距離ｓだけ側壁の後方端部４５０から前方に位置付けられており、ラグは、側壁の後縁に対し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上に位置付けられる。第２のラグ４４５は、側壁の負圧側４５４上に位置付けられている。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ることができる。第１のラグ４４０及び第２のラグ４４５は、幅ｗ1を含む。ｗ1は、ノズルが保持リング上に取り付けられたときに保持ランドのペアの円周保持溝（図３Ａの３２０）に丁度収まるように適合される。第１のラグ４４０は軸方向に向いた開放端スロット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及び開放端スロット４４２は、ノズルが保持リング（図３Ａの３００）上に取り付けられたときに、軸方向に向いたペア孔（図３Ａの３６０）の中心線（図３Ａの３５８）と半径方向及び円周方向で整列するよう中心が位置付けられる。閉鎖ピン孔４４７及び開放端スロット４４２は、ノズル用保持ピンを受け容れるような大きさにされる。ノズルの安定性は、ラグを可能な限り前方に且つ可能な限り離れて配置してガス放出負荷に対応してより長いモーメントアームを生成することにより最大にされる。支持ラグを後縁から離れるように移動させることにより、後縁への応力入力が最小になる。
【００２９】
外側側壁４２０は更に、後方端部４５０上に弦ヒンジレール４６０を含む。弦ヒンジレール４６０は、側壁の内面にわたって正圧側から負圧側に及び、側壁の後方端部４５０からほぼ半径方向外方に延びる。弦ヒンジレール４６０は、半径方向外方に十分に突出し、後方保持ランドの後面で貫通孔（図３Ａの３４５）の半径方向範囲を少なくとも部分的に又は完全に覆う。弦ヒンジシール４６５は、弦ヒンジレール４６０の後方表面４６８上に設けられ、第１段バケットのシュラウドに接して着座面を形成する。弦ヒンジシール４６５はまた、シュラウドに接して外側側壁の軸方向支持を提供する。シュラウドによる外側側壁への軸方向支持は、保持ランドによって提供される円周方向支持を補完する。
【００３０】
図４Ｃを参照すると、外側側壁の平面図は、側壁が軸方向から約２３°の傾斜角４８５を有する平行四辺形の形状を有することを示している。この傾斜により、外側側壁の後端３５０（及び、従って弦ヒンジレール４６０）が円周方向で正圧側４５６に向かって且つ外側側壁４２０の負圧側４５４から離れて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内で所定位置にある場合、中心線４９に沿った第１の保持ピン４９０の軸方向の挿入及び取り出しは、弦ヒンジレール４６０により阻止される。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、円周方向で弦ヒンジレール４６０から外れる。
【００３１】
内側側壁４１０は更に、内面上に弦ヒンジレール４７０を含む。弦ヒンジレール４７０は、内側側壁４１０の内面４１５にわたって正圧側から負圧側に及び、内側側壁４１０の内面４１５からほぼ半径方向内方に延びる。弦ヒンジレール４７０は、内側支持リングと固定されてノズルの内側側壁の軸方向支持を提供する弦ヒンジシール４７５の隆起着座面を含む。弦ヒンジシール４７５は更に、内側側壁と内側支持リングとの間で圧縮機からの高圧空気の通過を阻止する。
【００３２】
図５は、第１段ノズルの外側側壁保持方式５００の概略側面図を示す。高温燃焼ガスは、燃焼器（図示せず）から移行部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により第１段バケット５４０に配向される。ノズルにより行われる配向プロセスはまたガス流を加速し、入口面と出口面との間の静圧の低減、及びノズルの高圧負荷をもたらすことになる。保持リング３００は、前方円周ランド３３０と後方円周ランド３２５とを含む。各第１段ノズルにおける外側側壁の保持ラグ４４０、４４５（１つが図示されている）が環状溝３２０に嵌合する。保持ピン４９０、４９５（１つが図示されている）が、後方保持ランド３２５及び前方保持ランド３３０の軸方向孔３４５、３５０を通ってそれぞれ嵌合する。保持ピン４９０、４９５は、保持ラグ４４０、４４５を介して第１段ノズル５２０に対する半径方向及び円周方向支持を提供する。外側側壁４２０上の弦ヒンジレール４６０は、弦ヒンジシール４６５が第１段バケット５４０のシュラウドと接触する点でノズルに対する軸方向支持を提供する。内側側壁４１０上の弦ヒンジレール４７０は、弦ヒンジシール４７５が支持リング５８０と接触する点でノズルに対する軸方向支持を提供する。弦ヒンジレール４６０により、保持ピン４９０、４９５が保持ラグ５３０から後退して出るのが阻止される。
【００３３】
上述のように、保持ピン用の軸方向に向いた孔は、保持リングの後方保持ランドの回りで円周方向にペアで等間隔に配置される。第１段ノズルは、図６Ａ〜６Ｇに示すように保持リング上で組み付けることができる。
【００３４】
図６Ａは、第１段ノズルの外側側壁のラグを保持リングの保持ランドに保持するために、保持ピンの孔の配列の後方側面から見た図である。上述のように孔はペアで配列される。孔の各ペア（６２５、６４０）は、第１の保持孔（６３０、６４５）と第２の保持孔（６３５、６５０）とを含む。第１の保持孔（６３０）は、取付られている第１段ノズルの外側側壁用の第１の保持ラグを収容する。第２の保持孔６３５は、事前に取付られた隣接する第１段ノズルの外側側壁用の第１の保持ラグを収容する。既に説明したように、保持リングは、共に組み付けられて円形保持リングを完成する２つの半円セクション（６１０、６８０）に分割することができる。その結果、半円形リングの各端部６２０では、１つの保持孔（６１５、６９１）だけが設けられている。
【００３５】
図６Ｂは、第１段ノズルを取付る準備として、保持リング半部分６１０の第１の保持孔６１５内に取付られた第１の保持ピン６１７を示している。図６Ｃは、保持リング半部分６１０上に配置される第１の取付ノズル６６０のアウトラインを示している。第１の取付ノズル６６０は、第１の保持ラグ及び第２の保持ラグを保持リングの環状溝内に配置して、第１の保持ラグの開放スロットが第１の保持ピン６１７（保持ラグは図４Ａ〜４Ｃに示されている）を越えて滑動するまで第１の取付ノズルを滑動させることによって挿入される。外側側壁６６５が傾斜していることに起因して、弦ヒンジレール６６０の被覆端部６６７は、保持リング半部分６１０の端部を過ぎて時計回り方向に延びる。弦ヒンジレール６６０のカバー端部６６７が第１の保持孔を覆うが、第１の保持ラグのスロットが開放端であるので、第１の保持孔に事前に挿入される第１の保持ピン６１７を受け容れることができる。図６Ｄは、第１の保持半部分６１０における孔ペア６２５の第２の保持孔６３５を通って所定位置にある第２の保持ピン６３７を示している。傾斜した外側側壁の非被覆端部６６８は、覆われていない第１の取付ノズルに関連する第２の保持孔６３５から離れるので、第１の取付の第１段ノズルの第２の保持ピンを挿入することができる。ノズルの外側側壁に対する第２の保持ピン６３７が所定位置にある場合、保持リングの前方及び後方円周ランドは、半径方向及び円周方向で側壁を所定位置にロックする。図６Ｄは更に、次に取付られるノズル６７０の第１の保持孔６３０に取付られた第１の保持ピン６３２を示している。
【００３６】
図６Ｅは、第１の取付ノズル６６０に隣接する保持リング半部分上に取付られた隣接する後続ノズル６７０を示している。第１の取付ノズル６６０の取付と同様に、隣接する後続ノズルの第１の保持ラグ及び第２の保持ラグは、保持リング半部分６１０上の円周方向保持ランドのペア間の溝に挿入される。隣接する後続ノズルの１つの保持ラグの開放スロットは、第１の保持ピンを越えて滑動される。ここで、第１の取付ノズル６６０の第２の保持ピン６３７及び隣接する後続ノズル６７０の第１の保持ピン６３２は、隣接する後続ノズル６７０の弦ヒンジレール６７５の被覆端部６７７により覆われる。隣接する後続ノズル６７０の第２の保持孔６５０は覆われないままである。
【００３７】
図６Ｆは、第２の保持孔６５０における隣接する後続ノズルの第２の保持ピン６５２の配置を示している。第１の保持ピン６３２及び第２の保持ピン６５２が所定位置にある場合、隣接する後続ノズル６７０は所定位置にロックされている。図示していないが、組み付けが完了するまで保持リング半部分上に追加の後続ノズルを配置することもできる。
【００３８】
同様に、完全になるまで、第２の保持リング半部分をノズルと共に組み付けることもできる。図６Ｇは、２つの保持リング半部分（６１０、６８０）の端部６２０間の重なりを示している（部分的に図示）。ノズル６６０は、保持リング半部分６１０の端部６２０を越えて延びる弦ヒンジレール６６５の被覆端部６６７を有する。弦ヒンジレール６６５の被覆端部６６７は、保持リング半部分ｔ８０上でノズル６６０の第１の保持ピン６１７と、更にノズル６９０の第２の保持ピン６９２とを覆う。図示していないが、保持リング半部分（６１０、６８０）の他端部間の重なりは、同様に、１つの保持リング半部分からの外側側壁上の弦ヒンジレールの被覆端部により共有される。
【００３９】
本明細書では種々の実施形態が説明されたが、要素の種々の組み合わせ、変形形態、又は改善を行うことができ、これらが本発明の範囲内にあることは本明細書から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】典型的な従来技術としてのガスタービンの一部の部分概略側面図。
【図２】従来技術のガスタービンにおける外側側壁用のフック保持機構を利用する第１段ノズルの典型的な側壁保持機構を示す図。
【図３Ａ】外側側壁保持機構用の本発明の保持リングの１つの実施形態を示す図。
【図３Ｂ】外側側壁保持機構用の本発明の保持リングの１つの実施形態を示す図。
【図４Ａ】外側側壁保持機構用の本発明の第１段シングレットノズルの１つの実施形態の図。
【図４Ｂ】外側側壁保持機構用の本発明の第１段シングレットノズルの１つの実施形態の図。
【図４Ｃ】外側側壁保持機構用の本発明の第１段シングレットノズルの１つの実施形態の図。
【図５】外側側壁保持機構の概略側面図。
【図６Ａ】第１段ノズルを保持リングに取り付ける方法を示す図。
【図６Ｂ】第１段ノズルを保持リングに取り付ける方法を示す図。
【図６Ｃ】第１段ノズルを保持リングに取り付ける方法を示す図。
【図６Ｄ】第１段ノズルを保持リングに取り付ける方法を示す図。
【図６Ｅ】第１段ノズルを保持リングに取り付ける方法を示す図。
【図６Ｆ】第１段ノズルを保持リングに取り付ける方法を示す図。
【図６Ｇ】第１段ノズルを保持リングに取り付ける方法を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１０  タービン
１２  移行部
１４  高温ガス通路
１６  第１段バケット
１８  第１段ロータホイール
２０  第１段ステータベーン
２２  第２段バケット
２４第２段ロータホイール
２６  第２段ステータベーン
２８  第３段バケット
３０  第３段ロータホイール
３２  第３段ステータベーン
３４  スペーサ
３６  スペーサ
３７  圧縮機吐出
３８  内側側壁
４０  外側側壁
４２  ノズル保持リング
４４  ノズル支持リング
５２  内側レール
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  内側側壁弦ヒンジレール
１４７  内側側壁弦ヒンジシール
１６０  シュラウド
１５０  外側側壁弦ヒンジレール
１５２  外側側壁弦ヒンジシール
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  本体
３１５  円周方向ランドのペア
３２０  環状溝
３２５  後方保持ランド
３２６  後方保持ランド後方円周方向面
３２８  後方保持ランド前方円周方向面
３３０  前方保持ランド
３３１  前方保持ランド前方円周方向面
３３３  前方保持ランド後方円周方向面
３３４  円周方向セグメント
３４０  冷却ホール
３４５  スルーホール
３５０  閉鎖端ホール
３５５  同軸ホール
３５８  中心ライン
３６０  ペアホール
４００  第１段ノズル
４１０  内側側壁
４１５  内側側壁内側面
４２０  外側側壁
４２２  外側側壁外面
４２４  外側側壁内面
４３０  翼形部
４４０  第１のラグ
４４２  開放端スロット
４４５  第２のラグ
４４７  ピン孔
４５０  外側側壁後方端部
４５２  外側側壁前方端部
４５４  負圧側
４５６  正圧側
４６０  外側側壁弦ヒンジレール
４６５  外側側壁弦ヒンジシール
４６８  外側側壁弦ヒンジレール後方表面
４７０  内側側壁弦ヒンジレール
４７２  内側側壁弦ヒンジレール後方表面
４７５  内側側壁弦ヒンジシール
４８０  チッピング防止ラグ
４８５  側壁傾斜角
４９０  第１の保持ピン
４９２  第１の保持ピン中心ライン
４９５  第２の保持ピン
４９６  第２の保持ピン中心ライン
５００  外側側壁保持機構
５１０  移行部
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
６１０  第１の保持リング半部分
６１５  第１の保持孔
６１７  第１の保持ピン
６１９  保持リング半部分の縁部
６２５  ペアホール
６３０  第１の保持孔
６３２  第１の保持ピン
６３５  第２の保持孔
６３７  第２の保持ピン
６４０  ペアホール
６４５  第１の保持孔
６４７  第１の保持ピン
６５０  第２の保持孔
６５２  第２の保持ピン
６６０  第１の取付ノズル
６６５  第１の取付ノズルの弦ヒンジレール
６６７  弦ヒンジレールの被覆端部
６７０  第２の取付ノズル
６７５  第２の取付ノズルの弦ヒンジレール
６７７  弦ヒンジレールの被覆端部
６８０  第２の保持リング半部分
６９０  第２の保持リング半部分上の最後の取付ノズル
６９１  第２の保持リング半部分上の最後の取付ノズルにおける第２のピン孔
６９２  第２の保持リング半部分上の最後の取付ノズルにおける第２の保持ピン
６９５  第２の保持リング半部分上の最後の取付ノズルにおける弦ヒンジレール
【図１】
2009041568.tif 000003
【図２】
2009041568.tif 000004
【図３Ａ】
2009041568.tif 000005
【図３Ｂ】
2009041568.tif 000006
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2009041568.tif 000009
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2009041568.tif 000012
【図６Ｃ】
2009041568.tif 000013
【図６Ｄ】
2009041568.tif 000014
【図６Ｅ】
2009041568.tif 000015
【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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