JP2001289002A - ガスタービンのノズルセグメントの側壁冷却 - Google Patents
ガスタービンのノズルセグメントの側壁冷却Info
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、ガスタービンのノズルセグメント
側壁のインピンジメント冷却に関する。 【解決手段】 ノズルベーンセグメント（１０）は、外
壁の間に延在するベーン（１６）を備え、インピンジメ
ント板（２２）により分割されノズル側壁をインピンジ
メント冷却するように冷却媒体を流す第１及び第２キャ
ビティ（２６，２８）を画成する外側及び内側バンド部
（１２，１４）を含む。各ノズルセグメントの側壁（３
４）は、アンダーカット領域（４４）を有する。インピ
ンジメント板は、複数の開口を備える内曲フランジ（４
６）を有する。開放端を有する冷却インサートつまりレ
セプタクル（４８）は、開口中に収容され、レセプタク
ルの基部と側壁（５３，５１）は、第１キャビティから
冷却媒体を受けてその冷却媒体を向けるための開口（５
４，５２）を有しノズルセグメントの側壁及びノズル壁
の一部分をインピンジメント冷却する。
側壁のインピンジメント冷却に関する。 【解決手段】 ノズルベーンセグメント（１０）は、外
壁の間に延在するベーン（１６）を備え、インピンジメ
ント板（２２）により分割されノズル側壁をインピンジ
メント冷却するように冷却媒体を流す第１及び第２キャ
ビティ（２６，２８）を画成する外側及び内側バンド部
（１２，１４）を含む。各ノズルセグメントの側壁（３
４）は、アンダーカット領域（４４）を有する。インピ
ンジメント板は、複数の開口を備える内曲フランジ（４
６）を有する。開放端を有する冷却インサートつまりレ
セプタクル（４８）は、開口中に収容され、レセプタク
ルの基部と側壁（５３，５１）は、第１キャビティから
冷却媒体を受けてその冷却媒体を向けるための開口（５
４，５２）を有しノズルセグメントの側壁及びノズル壁
の一部分をインピンジメント冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンのノ
ズルセグメント側壁のインピンジメント冷却に関し、具
体的にはノズル側壁に沿うインピンジメント冷却流れを
目標に対して向けるための冷却インサートに関する。
ズルセグメント側壁のインピンジメント冷却に関し、具
体的にはノズル側壁に沿うインピンジメント冷却流れを
目標に対して向けるための冷却インサートに関する。
【０００２】
【従来技術】地上配備のガスタービンは、発電に用いら
れる。現在のタービン設計では、ノズルセグメントを含
むある特定の静止部品だけでなくタービンバケットを含
むロータのある特定の部品も、例えば蒸気などの冷却媒
体をその部品を通して流すことによって冷却される。例
えば、各々がそれらの間に延在する１以上のベーンを備
える外側及び内側バンド部を有するノズルセグメント
は、タービンの回転軸の周りに円形又は環状列に配置さ
れ、タービンを通る高温ガス流路の一部を画成し構成す
る。一般的に、各ノズルセグメントの外側バンド部は、
高温ガス流路の一部を構成するノズル壁と冷却チャンバ
を画成するノズル壁の半径方向外方のカバーとを有す
る。インピンジメント板はチャンバ内に配置され、イン
ピンジメント板の両側には、それぞれカバー及びノズル
壁との間に第１及び第２キャビティが画成される。冷却
媒体、例えば蒸気は、第１キャビティ内に流れ込み、イ
ンピンジメント板中の多数の開口を通って流れ、ノズル
壁をインピンジメント冷却する。インピンジメント冷却
後の冷却媒体は、第２キャビティからベーンの側壁をイ
ンピンジメント冷却するためのインサートを普通備える
ベーン内部キャビティ内に流れ込む。次いで、冷却媒体
は、外側バンド部と同様に第１及び第２キャビティに分
割されたノズルセグメントの内側バンド部に流れ込む。
ベーンキャビティからの流れは、このように第１キャビ
ティ内に流れ込み、方向を反転しインピンジメント板の
開口を通して流れ、内側のノズル壁をインピンジメント
冷却する。次いで使用済冷却媒体は、ベーンの１以上キ
ャビティを通って外方に流れ冷却媒体排出口へ至る。
れる。現在のタービン設計では、ノズルセグメントを含
むある特定の静止部品だけでなくタービンバケットを含
むロータのある特定の部品も、例えば蒸気などの冷却媒
体をその部品を通して流すことによって冷却される。例
えば、各々がそれらの間に延在する１以上のベーンを備
える外側及び内側バンド部を有するノズルセグメント
は、タービンの回転軸の周りに円形又は環状列に配置さ
れ、タービンを通る高温ガス流路の一部を画成し構成す
る。一般的に、各ノズルセグメントの外側バンド部は、
高温ガス流路の一部を構成するノズル壁と冷却チャンバ
を画成するノズル壁の半径方向外方のカバーとを有す
る。インピンジメント板はチャンバ内に配置され、イン
ピンジメント板の両側には、それぞれカバー及びノズル
壁との間に第１及び第２キャビティが画成される。冷却
媒体、例えば蒸気は、第１キャビティ内に流れ込み、イ
ンピンジメント板中の多数の開口を通って流れ、ノズル
壁をインピンジメント冷却する。インピンジメント冷却
後の冷却媒体は、第２キャビティからベーンの側壁をイ
ンピンジメント冷却するためのインサートを普通備える
ベーン内部キャビティ内に流れ込む。次いで、冷却媒体
は、外側バンド部と同様に第１及び第２キャビティに分
割されたノズルセグメントの内側バンド部に流れ込む。
ベーンキャビティからの流れは、このように第１キャビ
ティ内に流れ込み、方向を反転しインピンジメント板の
開口を通して流れ、内側のノズル壁をインピンジメント
冷却する。次いで使用済冷却媒体は、ベーンの１以上キ
ャビティを通って外方に流れ冷却媒体排出口へ至る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現在のノズルセグメン
トの設計では、カバーは、溶接接合部を高温ガス流路の
近傍に位置させてノズル側壁又は端縁に溶接される。従
って、溶接接合部は、流動する高温ガスの高温に曝され
る。そのような設計では、ノズル側壁冷却は非常に難し
く、溶接接合部が寿命を制限する配置となる。インピン
ジメント板の製造／組立の要求により、相当な距離が設
けられ、冷却媒体はノズル側壁又は端縁をインピンジメ
ント冷却するためにその距離を横切って進まなければな
らない。この距離が、側壁でのインピンジメント冷却の
効果を減ずる。従って、ノズル側壁とそのカバーとの間
の現在の溶接接合部は、溶接位置の配置とその位置での
温度により疲労寿命が短かった。その位置で溶接を施す
場合には、溶接歪みによって溶接接合部の厚さが変わる
おそれもあることも理解されるであろう。もし接合部が
薄くなり過ぎると、構造強度が犠牲にされる。それに加
えて、各溶接接合部には、サイクル寿命の減少がある。
従って、様々な厚さの溶接に対して、応力が増大し、低
サイクル疲労寿命が減少し、部品の寿命が厳しく制限さ
れる。また、現在の溶接接合部の位置での溶接接合部に
対しては機械加工の下準備が重要であり、設計では製造
公差を厳密に考慮しなければならない。前述のように、
外壁端縁のインピンジメント冷却は、インピンジメント
板の開口から側壁まで冷却媒体の流れが横断する距離が
相当あるために、効果的ではなく、最適なものとはいえ
ない。
トの設計では、カバーは、溶接接合部を高温ガス流路の
近傍に位置させてノズル側壁又は端縁に溶接される。従
って、溶接接合部は、流動する高温ガスの高温に曝され
る。そのような設計では、ノズル側壁冷却は非常に難し
く、溶接接合部が寿命を制限する配置となる。インピン
ジメント板の製造／組立の要求により、相当な距離が設
けられ、冷却媒体はノズル側壁又は端縁をインピンジメ
ント冷却するためにその距離を横切って進まなければな
らない。この距離が、側壁でのインピンジメント冷却の
効果を減ずる。従って、ノズル側壁とそのカバーとの間
の現在の溶接接合部は、溶接位置の配置とその位置での
温度により疲労寿命が短かった。その位置で溶接を施す
場合には、溶接歪みによって溶接接合部の厚さが変わる
おそれもあることも理解されるであろう。もし接合部が
薄くなり過ぎると、構造強度が犠牲にされる。それに加
えて、各溶接接合部には、サイクル寿命の減少がある。
従って、様々な厚さの溶接に対して、応力が増大し、低
サイクル疲労寿命が減少し、部品の寿命が厳しく制限さ
れる。また、現在の溶接接合部の位置での溶接接合部に
対しては機械加工の下準備が重要であり、設計では製造
公差を厳密に考慮しなければならない。前述のように、
外壁端縁のインピンジメント冷却は、インピンジメント
板の開口から側壁まで冷却媒体の流れが横断する距離が
相当あるために、効果的ではなく、最適なものとはいえ
ない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施形
態では、側壁とカバーとの溶接接合部を高温ガス流路か
ら半径方向に遠ざけて、高温ガス流路に曝されるノズル
壁から離れた隣接ノズルセグメントとの間のスプライン
シールの側面へと移した冷却システムがノズルセグメン
トに設けられる。このような溶接位置にすることで、溶
接厚が変わることはなく、溶接後の機械加工も必要なく
なる。その上、溶接の位置を高温ガス流路から相当の距
離に位置させることにより、溶接接合部の寿命とその接
合部の生産性が格段に改善される。ただし、各ノズルセ
グメントの側壁の冷却は依然として必要である。本発明
の冷却方式は、外壁端縁で必要とされる複雑な冷却の生
産性を向上し、インピンジメント開口と側壁との間の距
離を低減して効果的な側壁インピンジメント冷却をもた
らす。
態では、側壁とカバーとの溶接接合部を高温ガス流路か
ら半径方向に遠ざけて、高温ガス流路に曝されるノズル
壁から離れた隣接ノズルセグメントとの間のスプライン
シールの側面へと移した冷却システムがノズルセグメン
トに設けられる。このような溶接位置にすることで、溶
接厚が変わることはなく、溶接後の機械加工も必要なく
なる。その上、溶接の位置を高温ガス流路から相当の距
離に位置させることにより、溶接接合部の寿命とその接
合部の生産性が格段に改善される。ただし、各ノズルセ
グメントの側壁の冷却は依然として必要である。本発明
の冷却方式は、外壁端縁で必要とされる複雑な冷却の生
産性を向上し、インピンジメント開口と側壁との間の距
離を低減して効果的な側壁インピンジメント冷却をもた
らす。
【０００５】以上の点を達成するため、ノズル側壁は、
側壁及びノズル壁と共にアンダーカット領域を画成する
内曲フランジを有する。カバーは、高温ガス流路から離
間した位置でノズルセグメントの内曲フランジに溶接さ
れる。例えば、外側バンドの場合には、溶接接合部は、
隣り合ったノズルセグメント間のエッジスプラインシー
ルの外側に位置する。ノズル側壁又は端縁に対してイン
ピンジメント冷却を施すため、ノズル壁とカバーの間に
画成されるチャンバに配置されるインピンジメント板
は、ノズル側壁の内曲フランジに溶接された内曲端部を
有する。内曲フランジとノズル側壁とノズル壁の高温ガ
ス流路の一部を画成する部分とで画成されるアンダーカ
ット領域は、相当な容積を有する。さらに、インピンジ
メント板とアンダーカット領域を画成する壁との間の距
離は相当に大きくて、インピンジメント板の開口を通し
ての冷却流れは、アンダーカット領域での側壁を冷却す
る効果を悪くしていた。アンダーカット領域で側壁を冷
却するための効果的なインピンジメント冷却を施すた
め、１以上の開口が、インピンジメント板の内曲端部に
沿って形成される。冷却インサートつまりレセプタクル
が開口に配置され、アンダーカット領域内に張出してい
る。各レセプタクルは、冷却媒体流れをカバーとインピ
ンジメント板との間の第１キャビティから導入するた
め、片側が開いている。ノズル側壁に向かって張出し、
ノズル側壁と向かい合ったレセプタクルの壁は、効果的
なインピンジメント冷却を施すためノズル側壁に十分近
い位置に開口を有する。従って、冷却媒体は、第１キャ
ビティからインピンジメント板の内曲端部の１以上の開
口を通してレセプタクルに流れ込み、レセプタクルの開
口を通してアンダーカット領域内の側壁とノズル壁部分
をインピンジメント冷却する。こうしてノズル端縁の効
果的な冷却がもたらされる。レセプタクルを用いるもう
一つの利点は、ノズル側壁の内曲フランジとレセプタク
ル壁の間の流れ領域の使用済冷却媒体が低圧領域に向か
って流れることである。これによってノズル壁からノズ
ルベーンへの冷却媒体の流れが促進される。ノズルセグ
メントの内側バンド部は、その相対する側壁に沿って類
似の冷却構成を有することを理解されたい。
側壁及びノズル壁と共にアンダーカット領域を画成する
内曲フランジを有する。カバーは、高温ガス流路から離
間した位置でノズルセグメントの内曲フランジに溶接さ
れる。例えば、外側バンドの場合には、溶接接合部は、
隣り合ったノズルセグメント間のエッジスプラインシー
ルの外側に位置する。ノズル側壁又は端縁に対してイン
ピンジメント冷却を施すため、ノズル壁とカバーの間に
画成されるチャンバに配置されるインピンジメント板
は、ノズル側壁の内曲フランジに溶接された内曲端部を
有する。内曲フランジとノズル側壁とノズル壁の高温ガ
ス流路の一部を画成する部分とで画成されるアンダーカ
ット領域は、相当な容積を有する。さらに、インピンジ
メント板とアンダーカット領域を画成する壁との間の距
離は相当に大きくて、インピンジメント板の開口を通し
ての冷却流れは、アンダーカット領域での側壁を冷却す
る効果を悪くしていた。アンダーカット領域で側壁を冷
却するための効果的なインピンジメント冷却を施すた
め、１以上の開口が、インピンジメント板の内曲端部に
沿って形成される。冷却インサートつまりレセプタクル
が開口に配置され、アンダーカット領域内に張出してい
る。各レセプタクルは、冷却媒体流れをカバーとインピ
ンジメント板との間の第１キャビティから導入するた
め、片側が開いている。ノズル側壁に向かって張出し、
ノズル側壁と向かい合ったレセプタクルの壁は、効果的
なインピンジメント冷却を施すためノズル側壁に十分近
い位置に開口を有する。従って、冷却媒体は、第１キャ
ビティからインピンジメント板の内曲端部の１以上の開
口を通してレセプタクルに流れ込み、レセプタクルの開
口を通してアンダーカット領域内の側壁とノズル壁部分
をインピンジメント冷却する。こうしてノズル端縁の効
果的な冷却がもたらされる。レセプタクルを用いるもう
一つの利点は、ノズル側壁の内曲フランジとレセプタク
ル壁の間の流れ領域の使用済冷却媒体が低圧領域に向か
って流れることである。これによってノズル壁からノズ
ルベーンへの冷却媒体の流れが促進される。ノズルセグ
メントの内側バンド部は、その相対する側壁に沿って類
似の冷却構成を有することを理解されたい。
【０００６】本発明の好ましい実施形態では、タービン
を貫通する高温ガス流路を部分的に画成するノズル壁
と、該ノズル壁から離隔してノズル壁との間にチャンバ
を画成するカバーと、該チャンバ内に配置され、冷却媒
体を導入するための第１キャビティをその片側でカバー
と共に画成するインピンジメント板とを含むバンド部を
有するガスタービン用ノズルセグメントであって、上記
インピンジメント板がその反対側でノズル壁と共に第２
キャビティを画成し、上記インピンジメント板が冷却媒
体を第１キャビティから第２キャビティに流してノズル
壁をインピンジメント冷却するための複数の開口を有
し、当該ノズルセグメントが、側壁及びノズル壁と共に
アンダーカット領域を画成する側壁に沿った内曲フラン
ジを含む側壁と、第１キャビティから冷却媒体を導入す
るため側壁に向かってアンダーカット領域内に張り出し
た手段とを含み、該張出手段が、ノズル側壁の一部をイ
ンピンジメント冷却するため、第１キャビティからアン
ダーカット領域内に冷却媒体を流すための複数の開口を
有する、ノズルセグメントが提供される。
を貫通する高温ガス流路を部分的に画成するノズル壁
と、該ノズル壁から離隔してノズル壁との間にチャンバ
を画成するカバーと、該チャンバ内に配置され、冷却媒
体を導入するための第１キャビティをその片側でカバー
と共に画成するインピンジメント板とを含むバンド部を
有するガスタービン用ノズルセグメントであって、上記
インピンジメント板がその反対側でノズル壁と共に第２
キャビティを画成し、上記インピンジメント板が冷却媒
体を第１キャビティから第２キャビティに流してノズル
壁をインピンジメント冷却するための複数の開口を有
し、当該ノズルセグメントが、側壁及びノズル壁と共に
アンダーカット領域を画成する側壁に沿った内曲フラン
ジを含む側壁と、第１キャビティから冷却媒体を導入す
るため側壁に向かってアンダーカット領域内に張り出し
た手段とを含み、該張出手段が、ノズル側壁の一部をイ
ンピンジメント冷却するため、第１キャビティからアン
ダーカット領域内に冷却媒体を流すための複数の開口を
有する、ノズルセグメントが提供される。
【０００７】本発明の別の好ましい実施形態では、外側
及び内側バンド部とそれらの間に延在する１以上のベー
ンを有し、バンド部のうちの少なくとも１つが、タービ
ンを貫通する高温ガス流路を部分的に画成するノズル壁
と、該ノズル壁から半径方向に離隔してノズル壁との間
にチャンバを画成するカバーと、該チャンバ内に配置さ
れ、冷却媒体を導入するための第１キャビティをその片
側でカバーと共に画成するインピンジメント板とを含
む、ガスタービン用ノズルセグメントであって、上記イ
ンピンジメント板がその反対側でノズル壁と共に第２キ
ャビティを画成し、上記インピンジメント板が冷却媒体
を第１キャビティから第２キャビティに流してノズル壁
をインピンジメント冷却するための複数の開口を有し、
当該ノズルセグメントが、ノズル壁とカバーの間で略半
径方向に延在する側壁にして該側壁に沿って延在し第２
キャビティの一部をなすアンダーカット領域を画成する
内曲フランジを含む側壁を含み、上記インピンジメント
板が、側壁に固定された端部を有するとともに、冷却媒
体を第１キャビティからアンダーカット領域内へ連通す
るための１以上の開口を有しており、第１キャビティか
ら冷却媒体を導入するため、側壁に向かってアンダーカ
ット領域内に延びる片側が開いたレセプタクルが上記開
口に配設され、該レセプタクルが、ノズル側壁の部分を
インピンジメント冷却するため、上記開口から導入した
冷却媒体をアンダーカット領域内に流すための複数の開
口を有する、ノズルセグメントが提供される。
及び内側バンド部とそれらの間に延在する１以上のベー
ンを有し、バンド部のうちの少なくとも１つが、タービ
ンを貫通する高温ガス流路を部分的に画成するノズル壁
と、該ノズル壁から半径方向に離隔してノズル壁との間
にチャンバを画成するカバーと、該チャンバ内に配置さ
れ、冷却媒体を導入するための第１キャビティをその片
側でカバーと共に画成するインピンジメント板とを含
む、ガスタービン用ノズルセグメントであって、上記イ
ンピンジメント板がその反対側でノズル壁と共に第２キ
ャビティを画成し、上記インピンジメント板が冷却媒体
を第１キャビティから第２キャビティに流してノズル壁
をインピンジメント冷却するための複数の開口を有し、
当該ノズルセグメントが、ノズル壁とカバーの間で略半
径方向に延在する側壁にして該側壁に沿って延在し第２
キャビティの一部をなすアンダーカット領域を画成する
内曲フランジを含む側壁を含み、上記インピンジメント
板が、側壁に固定された端部を有するとともに、冷却媒
体を第１キャビティからアンダーカット領域内へ連通す
るための１以上の開口を有しており、第１キャビティか
ら冷却媒体を導入するため、側壁に向かってアンダーカ
ット領域内に延びる片側が開いたレセプタクルが上記開
口に配設され、該レセプタクルが、ノズル側壁の部分を
インピンジメント冷却するため、上記開口から導入した
冷却媒体をアンダーカット領域内に流すための複数の開
口を有する、ノズルセグメントが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】さて、図面、特に図１と図２を参
照すると、全体を符号１０で示すノズル段セグメントが
示してあり、ノズル段セグメントはガスタービン（図示
せず）の回転軸の周りのセグメントの環状列の一部をな
す。各ノズルセグメント１０は、外側バンド部１２と内
側バンド部１４とそれぞれ外側及び内側バンド部１２及
び１４の間に延在する１以上のベーン１６を含む。ノズ
ルセグメントの環状列で、外側及び内側バンド部の側壁
又は端縁が、隣接ノズルセグメントの側壁又は端縁に直
接隣接して位置し、ベーン１６と外側及び内側バンドが
ロータ軸の周りにノズルセグメントの完全な環状列を形
成することが解かるであろう。
照すると、全体を符号１０で示すノズル段セグメントが
示してあり、ノズル段セグメントはガスタービン（図示
せず）の回転軸の周りのセグメントの環状列の一部をな
す。各ノズルセグメント１０は、外側バンド部１２と内
側バンド部１４とそれぞれ外側及び内側バンド部１２及
び１４の間に延在する１以上のベーン１６を含む。ノズ
ルセグメントの環状列で、外側及び内側バンド部の側壁
又は端縁が、隣接ノズルセグメントの側壁又は端縁に直
接隣接して位置し、ベーン１６と外側及び内側バンドが
ロータ軸の周りにノズルセグメントの完全な環状列を形
成することが解かるであろう。
【０００９】図１に関して、外側バンド部１２は、ノズ
ル壁１８と外側カバー２０を含み、両方とも鋳造された
ものであることが好ましい。インピンジメント板２２
が、ノズル壁１8とカバー２０との間に形成されるチャ
ンバ２４内に配置される。図２に最も明瞭に示されてい
る通り、第１キャビティ２６がインピンジメント板２２
とカバー２０との間に画成され、第２キャビティ２８が
インピンジメント板２２とノズル壁１８との間に画成さ
れる。再び図１を参照すれば、ノズルセグメントの設計
は、米国特許第５６３４７６６号（その開示内容は援用
によって本明細書の内容の一部をなす）に記載・図示さ
れたものと類似のものにすることができ、ノズルセグメ
ント用の冷却回路の詳細は本明細書で説明する必要はな
いであろう。外側バンド部１２は、カバー２０の冷却媒
体入口２１を通して冷却媒体を導入し、冷却媒体を第１
キャビティ２６に流し、ノズル壁１８をインピンジメン
ト冷却するためにインピンジメント板２２の開口２３を
通して第２キャビティ２８内に流し込むと言うだけで足
りる。次に、冷却媒体は、第２キャビティ２８からベー
ン１６内のキャビティのインサート中に流れ込み、イン
サート中の開口を通して流れ、ベーンの壁をインピンジ
メント冷却する。冷却媒体は、ベーンキャビティから内
側バンド部の第１キャビティ（半径方向最内部キャビテ
ィ）内に流れ込み、そこで方向を転じ内側バンド部１４
のインピンジメント板を通して第２キャビティ内に流れ
込み、内側のノズル壁１４をインピンジメント冷却す
る。使用済冷却媒体は、第２キャビティからベーン中の
戻りキャビティを通してカバー２０の排出口２５に戻
る。冷却回路の詳細は、上記の米国特許に開示されてい
るので、その詳細については上記米国特許を参照された
い。
ル壁１８と外側カバー２０を含み、両方とも鋳造された
ものであることが好ましい。インピンジメント板２２
が、ノズル壁１8とカバー２０との間に形成されるチャ
ンバ２４内に配置される。図２に最も明瞭に示されてい
る通り、第１キャビティ２６がインピンジメント板２２
とカバー２０との間に画成され、第２キャビティ２８が
インピンジメント板２２とノズル壁１８との間に画成さ
れる。再び図１を参照すれば、ノズルセグメントの設計
は、米国特許第５６３４７６６号（その開示内容は援用
によって本明細書の内容の一部をなす）に記載・図示さ
れたものと類似のものにすることができ、ノズルセグメ
ント用の冷却回路の詳細は本明細書で説明する必要はな
いであろう。外側バンド部１２は、カバー２０の冷却媒
体入口２１を通して冷却媒体を導入し、冷却媒体を第１
キャビティ２６に流し、ノズル壁１８をインピンジメン
ト冷却するためにインピンジメント板２２の開口２３を
通して第２キャビティ２８内に流し込むと言うだけで足
りる。次に、冷却媒体は、第２キャビティ２８からベー
ン１６内のキャビティのインサート中に流れ込み、イン
サート中の開口を通して流れ、ベーンの壁をインピンジ
メント冷却する。冷却媒体は、ベーンキャビティから内
側バンド部の第１キャビティ（半径方向最内部キャビテ
ィ）内に流れ込み、そこで方向を転じ内側バンド部１４
のインピンジメント板を通して第２キャビティ内に流れ
込み、内側のノズル壁１４をインピンジメント冷却す
る。使用済冷却媒体は、第２キャビティからベーン中の
戻りキャビティを通してカバー２０の排出口２５に戻
る。冷却回路の詳細は、上記の米国特許に開示されてい
るので、その詳細については上記米国特許を参照された
い。
【００１０】カバー２０は、図２に示す通り、ノズル側
壁３４に溶接され、図１の矢印３０で示すノズルセグメ
ントを通る高温ガス流路から相当な距離をおいた位置で
溶接接合部３３を形成する。図２に示す通り、ノズル側
壁３４は、ノズル壁１８から略半径方向に延び、隣接ノ
ズルセグメントの同様の側壁３４に隣接して位置する。
側壁３４は内曲フランジ３６も含む。フランジ３６は、
隣り合ったノズルセグメント間をシールするためのエッ
ジスプライン３７を収容するエッジスプラインシールス
ロット３８を含む。カバー２０とノズル側壁３４との間
の溶接接合部３３は、このように高温ガス流路３０から
相当な距離をおいて位置しており、高温ガス流路の近く
に位置する場合よりも低温に曝されることになり、それ
によって溶接接合部３３は設計に対する寿命の制約要因
とはならない。
壁３４に溶接され、図１の矢印３０で示すノズルセグメ
ントを通る高温ガス流路から相当な距離をおいた位置で
溶接接合部３３を形成する。図２に示す通り、ノズル側
壁３４は、ノズル壁１８から略半径方向に延び、隣接ノ
ズルセグメントの同様の側壁３４に隣接して位置する。
側壁３４は内曲フランジ３６も含む。フランジ３６は、
隣り合ったノズルセグメント間をシールするためのエッ
ジスプライン３７を収容するエッジスプラインシールス
ロット３８を含む。カバー２０とノズル側壁３４との間
の溶接接合部３３は、このように高温ガス流路３０から
相当な距離をおいて位置しており、高温ガス流路の近く
に位置する場合よりも低温に曝されることになり、それ
によって溶接接合部３３は設計に対する寿命の制約要因
とはならない。
【００１１】図２に示す通り、インピンジメント板２２
は、第１キャビティ２６から第２キャビティ２８へ冷却
媒体を流すための複数の開口２３を有し、高温ガス流路
３０に沿ってノズル壁１８をインピンジメント冷却す
る。内曲フランジ３６と側壁３４とノズル壁１２の部分
とで、アンダーカット領域４４が画成される。このアン
ダーカット領域のため、側壁３４は一般的なインピンジ
メント板２２を用いて冷却するのが難しくなる。本発明
では、インピンジメント板２２は、ノズル側壁３４の内
曲フランジ３６の端面に溶接される内曲端部４６を有す
る。内曲端部４６は側壁端縁３４からはるかに離れすぎ
ており、内曲端部４６を通して形成され側壁３４の方へ
向けられた開口により効果的にインピンジメント冷却で
きない。
は、第１キャビティ２６から第２キャビティ２８へ冷却
媒体を流すための複数の開口２３を有し、高温ガス流路
３０に沿ってノズル壁１８をインピンジメント冷却す
る。内曲フランジ３６と側壁３４とノズル壁１２の部分
とで、アンダーカット領域４４が画成される。このアン
ダーカット領域のため、側壁３４は一般的なインピンジ
メント板２２を用いて冷却するのが難しくなる。本発明
では、インピンジメント板２２は、ノズル側壁３４の内
曲フランジ３６の端面に溶接される内曲端部４６を有す
る。内曲端部４６は側壁端縁３４からはるかに離れすぎ
ており、内曲端部４６を通して形成され側壁３４の方へ
向けられた開口により効果的にインピンジメント冷却で
きない。
【００１２】本発明の好ましい実施形態では、冷却媒体
を第１キャビティ２６からアンダーカット領域４４内に
供給して側壁３４を冷却するため、側壁３４に向かって
アンダーカット領域４４内に張出した手段が設けられ
る。かかる手段は、内曲フランジ３６又はインピンジメ
ント板２２のフランジ４６或いはその両方を貫通して領
域４４内に延びる流路を含むことができる。流路は、フ
ランジ３６又はインピンジメント板２２から張出したガ
イドを含み、側壁３４をインピンジメント冷却するため
に第１キャビティ２４から側壁３４へ冷却流れを向ける
ことができる。
を第１キャビティ２６からアンダーカット領域４４内に
供給して側壁３４を冷却するため、側壁３４に向かって
アンダーカット領域４４内に張出した手段が設けられ
る。かかる手段は、内曲フランジ３６又はインピンジメ
ント板２２のフランジ４６或いはその両方を貫通して領
域４４内に延びる流路を含むことができる。流路は、フ
ランジ３６又はインピンジメント板２２から張出したガ
イドを含み、側壁３４をインピンジメント冷却するため
に第１キャビティ２４から側壁３４へ冷却流れを向ける
ことができる。
【００１３】本発明の好ましい実施形態では、側壁３４
をインピンジメント冷却するため、１以上の開口４７
が、インピンジメント板２２の内曲端部４６を貫通して
設けられる。その好ましい実施形態では、張出手段は、
開放端５０を有するインサートつまりレセプタクル４８
を含み、開放端５０近くで、内曲端部４６の開口４７近
くでインピンジメント板２２に固定される。側壁５１と
ノズル壁１８に面する壁５３は、それぞれアンダーカッ
ト領域４４内の側壁３４及びノズル壁１２の一部分の十
分近くに位置する開口５２と５４を有しており、それら
の壁部分を効果的にインピンジメント冷却する。従っ
て、第１キャビティ２６内に流れ込む冷却媒体は、イン
ピンジメント板２２の内曲端部４６の開口４７を通して
レセプタクルつまりインサート４８中に流れ、開口５２
と５４を通して側壁３４及び側壁３４に隣接しかつイン
サート４８に向い合うノズル側壁１８の一部分をインピ
ンジメント冷却する。
をインピンジメント冷却するため、１以上の開口４７
が、インピンジメント板２２の内曲端部４６を貫通して
設けられる。その好ましい実施形態では、張出手段は、
開放端５０を有するインサートつまりレセプタクル４８
を含み、開放端５０近くで、内曲端部４６の開口４７近
くでインピンジメント板２２に固定される。側壁５１と
ノズル壁１８に面する壁５３は、それぞれアンダーカッ
ト領域４４内の側壁３４及びノズル壁１２の一部分の十
分近くに位置する開口５２と５４を有しており、それら
の壁部分を効果的にインピンジメント冷却する。従っ
て、第１キャビティ２６内に流れ込む冷却媒体は、イン
ピンジメント板２２の内曲端部４６の開口４７を通して
レセプタクルつまりインサート４８中に流れ、開口５２
と５４を通して側壁３４及び側壁３４に隣接しかつイン
サート４８に向い合うノズル側壁１８の一部分をインピ
ンジメント冷却する。
【００１４】使用済インピンジメント冷却媒体は、アン
ダーカット領域４４と第２キャビティ２８からベーンキ
ャビティ中のインサートに流れ込む。レセプタクル４８
の壁５７と内曲フランジ３６との間の流れ領域４９が、
インピンジメント冷却後の冷却流れがベーンキャビティ
に向かう方向で低圧領域に流れることができる領域を画
成する。従って、内曲フランジ３６とレセプタクル壁５
７との間の領域４９は、側壁３４上のクロスフローを低
減して、インピンジメント冷却後の流れをベーンキャビ
ティへ向けるためにアンダーカット領域４４に沿って低
圧力領域へと流れるようになる。
ダーカット領域４４と第２キャビティ２８からベーンキ
ャビティ中のインサートに流れ込む。レセプタクル４８
の壁５７と内曲フランジ３６との間の流れ領域４９が、
インピンジメント冷却後の冷却流れがベーンキャビティ
に向かう方向で低圧領域に流れることができる領域を画
成する。従って、内曲フランジ３６とレセプタクル壁５
７との間の領域４９は、側壁３４上のクロスフローを低
減して、インピンジメント冷却後の流れをベーンキャビ
ティへ向けるためにアンダーカット領域４４に沿って低
圧力領域へと流れるようになる。
【００１５】本発明は、最も実用的で好ましい実施形態
であると現在考えられるものに関して今まで述べられて
きたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべ
きではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想と技術的
範囲内に含まれる様々な変形形態及び均等構成を保護す
ることを意図するものであることを理解されたい。
であると現在考えられるものに関して今まで述べられて
きたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべ
きではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想と技術的
範囲内に含まれる様々な変形形態及び均等構成を保護す
ることを意図するものであることを理解されたい。
【図１】 理解し易いように外側バンドを分解して示す
ノズルベーンの斜視図。
ノズルベーンの斜視図。
【図２】 内側バンド又は外側バンドのいずれか一方に
沿うノズルセグメントの側壁の拡大破断断面図。
沿うノズルセグメントの側壁の拡大破断断面図。
【図３】 冷却インサートつまりレセプタクルの１つの
斜視図。 １０ ノズルセグメント １２ 外側バンド １４ 内側バンド １６ ベーン １８ ノズル壁 ２０ 外側カバー ２１ 冷却媒体入口 ２２ インピンジメント板 ２３ インピンジメント板開口 ２４ チャンバ ２５ カバー２０の排出口 ２６ 第１キャビティ ２８ 第２キャビティ ３０ 高温ガス流路 ３３ 溶接接合部 ３４ ノズル側壁 ３６ 内曲フランジ ３７ エッジスプライン ３８ エッジスプラインシールスロット ４４ アンダーカット領域 ４６ 内曲端部 ４７ 開口 ４８ レセプタクル ５０ 開放端 ５１ 側壁 ５２，５４ 開口 ５７ レセプタクル壁
斜視図。 １０ ノズルセグメント １２ 外側バンド １４ 内側バンド １６ ベーン １８ ノズル壁 ２０ 外側カバー ２１ 冷却媒体入口 ２２ インピンジメント板 ２３ インピンジメント板開口 ２４ チャンバ ２５ カバー２０の排出口 ２６ 第１キャビティ ２８ 第２キャビティ ３０ 高温ガス流路 ３３ 溶接接合部 ３４ ノズル側壁 ３６ 内曲フランジ ３７ エッジスプライン ３８ エッジスプラインシールスロット ４４ アンダーカット領域 ４６ 内曲端部 ４７ 開口 ４８ レセプタクル ５０ 開放端 ５１ 側壁 ５２，５４ 開口 ５７ レセプタクル壁
Claims (18)
- 【請求項１】 タービンを貫通する高温ガス流路（３
０）を部分的に画成するノズル壁（１８）と、該ノズル
壁から離隔してノズル壁との間にチャンバ（２４）を画
成するカバー（２０）と、該チャンバ内に配置され、冷
却媒体を導入するための第１キャビティ（２６）をその
片側でカバーと共に画成するインピンジメント板（２
２）とを含むバンド部（１２）を有するガスタービン用
ノズルセグメント（１０）であって、上記インピンジメ
ント板がその反対側でノズル壁と共に第２キャビティ
（２８）を画成し、上記インピンジメント板が冷却媒体
を第１キャビティから第２キャビティに流してノズル壁
をインピンジメント冷却するための複数の開口（２３）
を有し、当該ノズルセグメントが、側壁（３４）及びノ
ズル壁と共にアンダーカット領域（４４）を画成する側
壁に沿った内曲フランジ（３６）を含む側壁（３４）
と、第１キャビティから冷却媒体を導入するため側壁に
向かってアンダーカット領域内に張り出した手段（４
８）とを含み、該張出手段が、ノズル側壁の一部をイン
ピンジメント冷却するため、第１キャビティからアンダ
ーカット領域内に冷却媒体を流すための複数の開口（５
２）を有する、ノズルセグメント（１０）。 - 【請求項２】 前記インピンジメント板が略カバーの方
に延びる内曲端部（４６）を有し、張出手段が内曲端部
から側壁に向かう方向に張出している、請求項１記載の
ノズルセグメント。 - 【請求項３】 前記インピンジメント板が内曲フランジ
（３６）に固定される、請求項２記載のノズルセグメン
ト。 - 【請求項４】 前記カバーが、内曲フランジに沿ってノ
ズル側壁に溶接される（３３）、請求項１記載のノズル
セグメント。 - 【請求項５】 前記インピンジメント板が、互いに離隔
した複数の開口（４７）を有し、前記張出手段が、第１
キャビティから冷却媒体を導入するため、上記開口の各
々に配置され片側が開いたレセプタクル（４８）にして
側壁に向かってアンダーカット領域（４４）内に延在す
る複数のレセプタクル（４８）を含み、該レセプタクル
が、ノズル側壁の部分をインピンジメント冷却するた
め、複数の開口を通して導入した冷却媒体をアンダーカ
ット領域内へ流すための複数の開口（５２）を有する、
請求項１記載のノズルセグメント。 - 【請求項６】 前記インピンジメント板が略カバーの方
に内曲した端部（４６）を有し、前記レセプタクルが該
内曲端部から略側壁に向かう方向に張出している、請求
項５記載のノズルセグメント。 - 【請求項７】 前記カバーが内曲フランジに沿ってノズ
ル側壁に溶接され、ノズル側壁とで溶接接合部（３３）
を形成し、該溶接接合部が内曲フランジの１つの側面上
に位置し、前記レセプタクルと前記ノズル側壁部分が高
温ガス流路から遠く離れている、請求項６記載のノズル
セグメント。 - 【請求項８】 前記レセプタクルが、それぞれノズル壁
（１８）、ノズル側壁（３４）及び内曲フランジから離
隔した壁（５３，５１，５７）を含み、内曲フランジと
該レセプタクル壁の１つとが、アンダーカット領域内の
ノズル側壁端縁に沿うクロスフローを低減してインピン
ジメント後の流れが側壁に沿って低圧領域に流れるよう
にするフローチャンバ（４９）を画成する、請求項５記
載のノズルセグメント。 - 【請求項９】 前記レセプタクルが、ノズル側壁をイン
ピンジメント冷却するために冷却媒体の流れをノズル側
壁に向けるように配置された開口（５２）を有する、請
求項１記載のノズルセグメント。 - 【請求項１０】 外側及び内側バンド部（１２，１４）
とそれらの間に延在する１以上のベーン（１６）を有
し、バンド部のうちの少なくとも１つが、タービンを貫
通する高温ガス流路（３０）を部分的に画成するノズル
壁（１８）と、該ノズル壁から半径方向に離隔してノズ
ル壁との間にチャンバ（２４）を画成するカバー（２
２）と、該チャンバ内に配置され、冷却媒体を導入する
ための第１キャビティ（２６）をその片側でカバーと共
に画成するインピンジメント板（２２）とを含む、ガス
タービン用ノズルセグメントであって、上記インピンジ
メント板がその反対側でノズル壁と共に第２キャビティ
（２８）を画成し、上記インピンジメント板が冷却媒体
を第１キャビティから第２キャビティに流してノズル壁
（１８）をインピンジメント冷却するための複数の開口
（２３）を有し、当該ノズルセグメントが、ノズル壁
（１８）とカバー（２０）の間で略半径方向に延在する
側壁（３４）にして該側壁に沿って延在し第２キャビテ
ィの一部をなすアンダーカット領域（４４）を画成する
内曲フランジ（３６）を含む側壁（３４）を含み、上記
インピンジメント板が、側壁に固定された端部（４６）
を有するとともに、冷却媒体を第１キャビティからアン
ダーカット領域内へ連通するための１以上の開口（４
７）を有しており、第１キャビティから冷却媒体を導入
するため、側壁に向かってアンダーカット領域（４４）
内に延びる片側が開いたレセプタクル（４８）が上記開
口に配設され、該レセプタクルが、ノズル側壁（３４）
の部分をインピンジメント冷却するため、上記開口から
導入した冷却媒体をアンダーカット領域内に流すための
複数の開口（５４）を有する、ノズルセグメント（１
０）。 - 【請求項１１】 前記インピンジメント板の端部（４
６）が略カバーの方へ内曲し、前記レセプタクルが内曲
端部から半径方向と略垂直な方向に張出している、請求
項１０記載のノズルセグメント。 - 【請求項１２】 前記内曲端部（４６）が内曲フランジ
（３６）に固定される、請求項１１記載のノズルセグメ
ント。 - 【請求項１３】 前記カバー（２０）が、内曲フランジ
に沿ってノズル側壁に溶接される、請求項１０記載のノ
ズルセグメント。 - 【請求項１４】 前記インピンジメント板の端部が、互
いに離隔した複数の開口（４７）と、第１キャビティか
ら冷却媒体を導入するため、上記開口の各々に配置され
片側が開いたレセプタクル（４８）にして側壁に向かっ
てアンダーカット領域（４４）内に延在する複数のレセ
プタクル（４８）とを有し、該レセプタクルが、ノズル
側壁（３４）の部分をインピンジメント冷却するため、
複数の開口を通して導入した冷却媒体をアンダーカット
領域内へ流すための複数の開口（５２）を有する、請求
項１０記載のノズルセグメント。 - 【請求項１５】 前記インピンジメント板の端部（４
６）が略カバーの方に内曲し、前記レセプタクルが内曲
端部から半径方向と略垂直な方向に張出している、請求
項１４記載のノズルセグメント。 - 【請求項１６】 前記カバー（２０）が内曲フランジに
沿ってノズル側壁に溶接されていて、内曲フランジ、レ
セプタクル及びノズル側壁部分の片側で略半径方向外方
に位置する、請求項１５記載のノズルセグメント。 - 【請求項１７】 前記レセプタクルが、それぞれノズル
壁、ノズル側壁及び内曲フランジから離隔した壁（５
３，５１，５７）を含み、内曲フランジとレセプタクル
の壁（５７）の１つとが、アンダーカット領域内のノズ
ル側壁に沿うクロスフローを低減してインピンジメント
後の流れが側壁に沿って低圧領域に流れるようにするフ
ローチャンバを画成する、請求項１０記載のノズルセグ
メント。 - 【請求項１８】 前記レセプタクルが、ノズル側壁をイ
ンピンジメント冷却するために冷却媒体の流れをノズル
側壁に向けるように配置された開口（５２）を有する、
請求項１０記載のノズルセグメント。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/543,460 US6343911B1 (en) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | Side wall cooling for nozzle segments for a gas turbine |
| US09/543460 | 2000-04-05 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001289002A true JP2001289002A (ja) | 2001-10-19 |
| JP2001289002A5 JP2001289002A5 (ja) | 2008-01-24 |
| JP4520023B2 JP4520023B2 (ja) | 2010-08-04 |
Family
ID=24168155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000367858A Expired - Fee Related JP4520023B2 (ja) | 2000-04-05 | 2000-12-04 | ガスタービンのノズルセグメントの側壁冷却 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6343911B1 (ja) |
| EP (1) | EP1143110B1 (ja) |
| JP (1) | JP4520023B2 (ja) |
| KR (1) | KR100592147B1 (ja) |
| AT (1) | ATE314562T1 (ja) |
| CZ (1) | CZ20003835A3 (ja) |
| DE (1) | DE60025157T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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2000
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