JPH04231605A - ガスタ―ビンエンジン用ノズルアセンブリ - Google Patents
ガスタ―ビンエンジン用ノズルアセンブリInfo
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- JPH04231605A JPH04231605A JP3021343A JP2134391A JPH04231605A JP H04231605 A JPH04231605 A JP H04231605A JP 3021343 A JP3021343 A JP 3021343A JP 2134391 A JP2134391 A JP 2134391A JP H04231605 A JPH04231605 A JP H04231605A
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- nozzle assembly
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
- F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
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- F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にガスタ―ビン
エンジンに関し、特にガスタ―ビンエンジンの高圧タ―
ビン用ノズルアセンブリに関する。
エンジンに関し、特にガスタ―ビンエンジンの高圧タ―
ビン用ノズルアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタ―ビンエンジンは、代表的には、
外側ケ―シング、すなわちナセルを有し、そのナセルが
、コアエンジンに所定の空気流を与える寸法の入口を形
成する。コアエンジンは通常圧縮機を含み、これにより
取り入れた空気を圧縮し、燃焼器へ吐き出し、燃焼器で
燃料を燃焼させて高エネルギ―の燃焼ガスを生成し、こ
れによりコアエンジンタ―ビン、すなわち高圧タ―ビン
を駆動する。一方、高圧タ―ビンは圧縮機を駆動する。
外側ケ―シング、すなわちナセルを有し、そのナセルが
、コアエンジンに所定の空気流を与える寸法の入口を形
成する。コアエンジンは通常圧縮機を含み、これにより
取り入れた空気を圧縮し、燃焼器へ吐き出し、燃焼器で
燃料を燃焼させて高エネルギ―の燃焼ガスを生成し、こ
れによりコアエンジンタ―ビン、すなわち高圧タ―ビン
を駆動する。一方、高圧タ―ビンは圧縮機を駆動する。
【０００３】高圧タ―ビンには、通常、タ―ビンロ―タ
のまわりに円周方向に間隔をあけて配置された複数のタ
―ビンブレ―ドからなる列（または段）が１列または複
数列設けられている。また高圧タ―ビンには、高圧ガス
を燃焼器からタ―ビンブレ―ドへ、タ―ビンブレ―ドお
よびロ―タを回転または駆動するのに適正な角度と速度
で差し向けるためのノズルアセンブリが設けられている
。
のまわりに円周方向に間隔をあけて配置された複数のタ
―ビンブレ―ドからなる列（または段）が１列または複
数列設けられている。また高圧タ―ビンには、高圧ガス
を燃焼器からタ―ビンブレ―ドへ、タ―ビンブレ―ドお
よびロ―タを回転または駆動するのに適正な角度と速度
で差し向けるためのノズルアセンブリが設けられている
。
【０００４】一般に、ノズルアセンブリは複数のノズル
ベ―ンを含み、ノズルベ―ンは環状の内側および外側ノ
ズルバンドの間に半径方向に延在し、またそのまわりに
円周方向に間隔をあけて配置されている。内側ノズルバ
ンドは、ノズルベ―ンのプラットホ―ムを形成し、そし
て半径方向内方へ延在する装着用フランジを含む。装着
用フランジは、ノズルベ―ンに加えられる圧力荷重に対
抗するために内側ノズルバンドをノズルサポ―トに装着
する。ノズルベ―ンのプラットホ―ムに連続な流路を形
成するために、内側ノズルバンドは装着用フランジから
軸線方向後方へ延在して、中実な連続リップ、すなわち
バンド「オ―バ―ハング」を形成する。
ベ―ンを含み、ノズルベ―ンは環状の内側および外側ノ
ズルバンドの間に半径方向に延在し、またそのまわりに
円周方向に間隔をあけて配置されている。内側ノズルバ
ンドは、ノズルベ―ンのプラットホ―ムを形成し、そし
て半径方向内方へ延在する装着用フランジを含む。装着
用フランジは、ノズルベ―ンに加えられる圧力荷重に対
抗するために内側ノズルバンドをノズルサポ―トに装着
する。ノズルベ―ンのプラットホ―ムに連続な流路を形
成するために、内側ノズルバンドは装着用フランジから
軸線方向後方へ延在して、中実な連続リップ、すなわち
バンド「オ―バ―ハング」を形成する。
【０００５】代表的には、ノズルベ―ンは、ノズルベ―
ンの両側の一連の前縁穴およびえら状穴または透孔を通
って流れる圧縮機吐出し空気により冷却する。これらの
穴から流れ出る空気は、ノズルベ―ンの外面上に冷却空
気の薄い膜を形成する（フィルム冷却）。内部では、ノ
ズルベ―ンは２つの空所に分割され、後部空所に流れ込
む空気は後縁スロットを通って排出される。さらに、ノ
ズルバンドは、半径方向外側、すなわちガス流路側での
フィルム冷却と組み合わせて、空気を半径方向内側、す
なわち裏側に衝突させることによって、冷却する。
ンの両側の一連の前縁穴およびえら状穴または透孔を通
って流れる圧縮機吐出し空気により冷却する。これらの
穴から流れ出る空気は、ノズルベ―ンの外面上に冷却空
気の薄い膜を形成する（フィルム冷却）。内部では、ノ
ズルベ―ンは２つの空所に分割され、後部空所に流れ込
む空気は後縁スロットを通って排出される。さらに、ノ
ズルバンドは、半径方向外側、すなわちガス流路側での
フィルム冷却と組み合わせて、空気を半径方向内側、す
なわち裏側に衝突させることによって、冷却する。
【０００６】上述したノズルベ―ン冷却方式の欠点は、
バンド・オ―バ―ハングを冷却するのが困難なことであ
り、多くの場合ここが悩みの種の区域となっている。そ
の結果、特に過渡運転状態の間、バンド・オ―バ―ハン
グの高温の後端と低温の装着用フランジとの間に大きな
温度勾配が存在するため、バンド・オ―バ―ハングに軸
線方向の亀裂が発現する恐れがある。
バンド・オ―バ―ハングを冷却するのが困難なことであ
り、多くの場合ここが悩みの種の区域となっている。そ
の結果、特に過渡運転状態の間、バンド・オ―バ―ハン
グの高温の後端と低温の装着用フランジとの間に大きな
温度勾配が存在するため、バンド・オ―バ―ハングに軸
線方向の亀裂が発現する恐れがある。
【０００７】バンド・オ―バ―ハングを裏側に空気を衝
突させることにより冷却（インピンジメント冷却）する
解決策の一つでは、インピンジメント・マニホルド系を
用いる。この１例が、本出願人に譲渡されたＬａｎｄｉ
ｓ，Ｊｒ．らの米国特許第４，１８７，０５４号（１９
９０年２月５日発行）に開示されている。このマニホル
ド系では、冷却空気をバンド・オ―バ―ハングの裏側に
導入し、装着用フランジを通過させる。マニホルド系は
ガス流路側と一体にすることができる。その結果、高熱
ガス流路側と低温の裏側との間に大きな温度勾配ができ
、これによりバンド・オ―バ―ハングの寿命が臨界的に
限定される。
突させることにより冷却（インピンジメント冷却）する
解決策の一つでは、インピンジメント・マニホルド系を
用いる。この１例が、本出願人に譲渡されたＬａｎｄｉ
ｓ，Ｊｒ．らの米国特許第４，１８７，０５４号（１９
９０年２月５日発行）に開示されている。このマニホル
ド系では、冷却空気をバンド・オ―バ―ハングの裏側に
導入し、装着用フランジを通過させる。マニホルド系は
ガス流路側と一体にすることができる。その結果、高熱
ガス流路側と低温の裏側との間に大きな温度勾配ができ
、これによりバンド・オ―バ―ハングの寿命が臨界的に
限定される。
【０００８】バンド・オ―バ―ハングを冷却する試みは
、従来、他にもなされているが、成功していないか貧弱
な結果しか得られていない。バンド・オ―バ―ハングを
蛇行冷却により内部冷却することが試みられている。 この１例が、本出願人に譲渡されたＨａｕｓｅｒの米国
特許第４，３５３，６７９号（１９８２年１０月１２日
発行）に開示されている。この例では、ノズルバンドお
よびバンド・オ―バ―ハングに蛇行通路を中ぐりする。 空気は蛇行通路に入り、そこを通過する。蛇行通路から
の空気は、ノズルスロ―ト（すなわち、ガス流路静圧が
最高になる隣接する１対のベ―ン間の最小通路）の上流
でフィルムとして排気される。しかし、蛇行通路は、熱
をガス流路側から裏側へ伝達する手段として効果的でな
く、その結果、ガス流路側と裏側との間に大きな温度勾
配が生じる。その結果、バンド・オ―バ―ハングに軸線
方向の亀裂が発現し、冷却空気が蛇行通路を完全に流れ
ないで、蛇行通路の途中から漏れ出る。この漏れにより
、フィルム流れも穴逆流マ―ジンも減少し、これが原因
でガス流路側の温度が上昇し、温度勾配がさらに増加す
ることになった。
、従来、他にもなされているが、成功していないか貧弱
な結果しか得られていない。バンド・オ―バ―ハングを
蛇行冷却により内部冷却することが試みられている。 この１例が、本出願人に譲渡されたＨａｕｓｅｒの米国
特許第４，３５３，６７９号（１９８２年１０月１２日
発行）に開示されている。この例では、ノズルバンドお
よびバンド・オ―バ―ハングに蛇行通路を中ぐりする。 空気は蛇行通路に入り、そこを通過する。蛇行通路から
の空気は、ノズルスロ―ト（すなわち、ガス流路静圧が
最高になる隣接する１対のベ―ン間の最小通路）の上流
でフィルムとして排気される。しかし、蛇行通路は、熱
をガス流路側から裏側へ伝達する手段として効果的でな
く、その結果、ガス流路側と裏側との間に大きな温度勾
配が生じる。その結果、バンド・オ―バ―ハングに軸線
方向の亀裂が発現し、冷却空気が蛇行通路を完全に流れ
ないで、蛇行通路の途中から漏れ出る。この漏れにより
、フィルム流れも穴逆流マ―ジンも減少し、これが原因
でガス流路側の温度が上昇し、温度勾配がさらに増加す
ることになった。
【０００９】バンド・オ―バ―ハングを冷却する別の試
みとして、ピンフィン冷却を利用したものがある。バン
ド・オ―バ―ハングの裏側を金属板カバ―とし、これを
ノズルバンドから半径方向内方へ延在する複数のピンに
ろう付けする。しかし、金属板カバ―をすべてのピンに
良好にろう付けすることはできなかった。その結果、ガ
ス流路側から裏側への熱伝達が局在化し、大きな温度勾
配が生じる。その上、ろう付け材がピンの一部を充填し
がちで、これも高熱スポットをつくる原因となる。
みとして、ピンフィン冷却を利用したものがある。バン
ド・オ―バ―ハングの裏側を金属板カバ―とし、これを
ノズルバンドから半径方向内方へ延在する複数のピンに
ろう付けする。しかし、金属板カバ―をすべてのピンに
良好にろう付けすることはできなかった。その結果、ガ
ス流路側から裏側への熱伝達が局在化し、大きな温度勾
配が生じる。その上、ろう付け材がピンの一部を充填し
がちで、これも高熱スポットをつくる原因となる。
【００１０】
【発明の目的】したがって、この発明の主な目的は、ガ
スタ―ビンエンジンの高圧タ―ビン用のノズルアセンブ
リにおけるバンド・オ―バ―ハングを冷却することにあ
る。
スタ―ビンエンジンの高圧タ―ビン用のノズルアセンブ
リにおけるバンド・オ―バ―ハングを冷却することにあ
る。
【００１１】この発明の別の目的は、ノズルアセンブリ
におけるノズルバンドのバンド・オ―バ―ハングに軸線
方向亀裂が生じるのを抑制することにある。
におけるノズルバンドのバンド・オ―バ―ハングに軸線
方向亀裂が生じるのを抑制することにある。
【００１２】この発明の他の目的は、ノズルバンドのバ
ンド・オ―バ―ハングと装着用フランジとの間の温度勾
配を小さくすることにある。
ンド・オ―バ―ハングと装着用フランジとの間の温度勾
配を小さくすることにある。
【００１３】この発明のさらに他の目的は、バンド・オ
―バ―ハングを冷却する簡単な構造を提供することにあ
る。
―バ―ハングを冷却する簡単な構造を提供することにあ
る。
【００１４】
【発明の概要】上述した目的を達成するため、この発明
によれば、ガスタ―ビンエンジンに組み込む高圧タ―ビ
ンのノズルアセンブリを独特な構成とする。ノズルアセ
ンブリは、円周方向に間隔をあけて配置された複数のベ
―ンと、ベ―ンを支持するノズルバンドとを含む。ノズ
ルバンドは、ノズルバンドから半径方向へ延在し、ガス
タ―ビンエンジンに固定するように構成された装着用フ
ランジを含む。ノズルバンドは、装着用フランジの軸線
方向下流にオ―バ―ハング部分を有する。オ―バ―ハン
グ部分内にピンフィン行列（バンク）を形成する手段が
設けられ、こうして冷却流体がピンフィン行列間を流れ
オ―バ―ハング部分を冷却する。
によれば、ガスタ―ビンエンジンに組み込む高圧タ―ビ
ンのノズルアセンブリを独特な構成とする。ノズルアセ
ンブリは、円周方向に間隔をあけて配置された複数のベ
―ンと、ベ―ンを支持するノズルバンドとを含む。ノズ
ルバンドは、ノズルバンドから半径方向へ延在し、ガス
タ―ビンエンジンに固定するように構成された装着用フ
ランジを含む。ノズルバンドは、装着用フランジの軸線
方向下流にオ―バ―ハング部分を有する。オ―バ―ハン
グ部分内にピンフィン行列（バンク）を形成する手段が
設けられ、こうして冷却流体がピンフィン行列間を流れ
オ―バ―ハング部分を冷却する。
【００１５】この発明の効果の一つは、高圧タ―ビン用
のノズルアセンブリのバンド・オ―バ―ハングを冷却で
きることである。この発明の別の効果は、ピンフィン行
列が、中実なバンド・オ―バ―ハングと比べて、少ない
冷却空気流でバンド・オ―バ―ハングの有効寿命維持能
力を高めることである。この発明の他の効果として、熱
バリヤ被膜を用いることにより、特に過渡運転状態の間
、ピンフィン行列のガス流路側と裏側との間の温度勾配
を減少できる。この発明のさらに他の効果として、ピン
フィン行列は、簡単な構造で、バンド・オ―バ―ハング
のガス流路側と裏側との間に直接の伝熱通路を確保する
。
のノズルアセンブリのバンド・オ―バ―ハングを冷却で
きることである。この発明の別の効果は、ピンフィン行
列が、中実なバンド・オ―バ―ハングと比べて、少ない
冷却空気流でバンド・オ―バ―ハングの有効寿命維持能
力を高めることである。この発明の他の効果として、熱
バリヤ被膜を用いることにより、特に過渡運転状態の間
、ピンフィン行列のガス流路側と裏側との間の温度勾配
を減少できる。この発明のさらに他の効果として、ピン
フィン行列は、簡単な構造で、バンド・オ―バ―ハング
のガス流路側と裏側との間に直接の伝熱通路を確保する
。
【００１６】この発明の他の目的、特徴および効果は、
図面を参照した以下の好適な実施例についての説明から
理解できるであろう。
図面を参照した以下の好適な実施例についての説明から
理解できるであろう。
【００１７】
【具体的な構成】図面において、同じ符号は同じ部品を
示す。まず、図１について説明する。図１は、タ―ボフ
ァン・ガスタ―ビンエンジンのような通常のガスタ―ビ
ンエンジン１０を示す。このガスタ―ビンエンジン１０
は、外側ケ―シングまたはナセル１２を含み、その上流
端は、エンジン１０の内部構成要素に所定の空気流を供
給する寸法の入口１４を形成する。入口１４内にはファ
ン１６が配置されている。ファン１６は入口１４からの
空気流を加圧する。ファン１６の下流には全体を１８で
示すコアエンジンが配置されている。コアエンジン１８
は軸流圧縮機２０を含む。ファン１６からの加圧空気は
圧縮機入口２２を通ってコアエンジン１８に入り、圧縮
機２０でさらに圧縮され、燃焼器２４に送り出される。 燃焼器２４では、燃料を燃焼させて、高エネルギ―の燃
焼ガスを生成し、これによりコアエンジン・タ―ビン、
すなわち高圧タ―ビン２６を駆動する。一方、高圧タ―
ビン２６は、ガスタ―ビンエンジンの通常の仕様通り、
シャフト２８を介して圧縮機２０を駆動する。高熱燃焼
ガスはこの後ファンタ―ビン、すなわち低圧タ―ビン３
０に向かい、それを駆動し、一方、低圧タ―ビン３０は
、ガスタ―ビンエンジンの通常の仕様通り、シャフト３
２を介してファン１６を駆動する。ガスタ―ビンエンジ
ン１０についてのもっとも詳しい説明が、本出願人に譲
渡された、Ｓａｒｇｉｓｓｏｎ の米国特許第３，８７
９，９４１号およびＫｏｆｆらの米国特許第４，０８０
，７８５号に開示されている。
示す。まず、図１について説明する。図１は、タ―ボフ
ァン・ガスタ―ビンエンジンのような通常のガスタ―ビ
ンエンジン１０を示す。このガスタ―ビンエンジン１０
は、外側ケ―シングまたはナセル１２を含み、その上流
端は、エンジン１０の内部構成要素に所定の空気流を供
給する寸法の入口１４を形成する。入口１４内にはファ
ン１６が配置されている。ファン１６は入口１４からの
空気流を加圧する。ファン１６の下流には全体を１８で
示すコアエンジンが配置されている。コアエンジン１８
は軸流圧縮機２０を含む。ファン１６からの加圧空気は
圧縮機入口２２を通ってコアエンジン１８に入り、圧縮
機２０でさらに圧縮され、燃焼器２４に送り出される。 燃焼器２４では、燃料を燃焼させて、高エネルギ―の燃
焼ガスを生成し、これによりコアエンジン・タ―ビン、
すなわち高圧タ―ビン２６を駆動する。一方、高圧タ―
ビン２６は、ガスタ―ビンエンジンの通常の仕様通り、
シャフト２８を介して圧縮機２０を駆動する。高熱燃焼
ガスはこの後ファンタ―ビン、すなわち低圧タ―ビン３
０に向かい、それを駆動し、一方、低圧タ―ビン３０は
、ガスタ―ビンエンジンの通常の仕様通り、シャフト３
２を介してファン１６を駆動する。ガスタ―ビンエンジ
ン１０についてのもっとも詳しい説明が、本出願人に譲
渡された、Ｓａｒｇｉｓｓｏｎ の米国特許第３，８７
９，９４１号およびＫｏｆｆらの米国特許第４，０８０
，７８５号に開示されている。
【００１８】高圧タ―ビン２６は、代表的には、それぞ
れタ―ビンロ―タ３８および３９のまわりに円周方向に
間隔をあけて配置された複数のタ―ビンブレ―ド３４お
よび３６からなる列（または段）を１列または２列以上
含む。高圧タ―ビン２６は全体を４０で示すノズルアセ
ンブリ、たとえば、タ―ビンブレ―ド３４およびタ―ビ
ンロ―タ３８を回転または駆動するために、高圧ガスを
燃焼器２６からタ―ビンブレ―ド３４に所定の角度およ
び速度で差し向ける第１段ノズルアセンブリも含む。な
お、タ―ビンロ―タ３８はシャフト２８に連結されて、
圧縮機２０のロ―タを駆動する。また、高圧タ―ビン２
６の他の段にも同様のノズルアセンブリ４０を使用する
ことができる。
れタ―ビンロ―タ３８および３９のまわりに円周方向に
間隔をあけて配置された複数のタ―ビンブレ―ド３４お
よび３６からなる列（または段）を１列または２列以上
含む。高圧タ―ビン２６は全体を４０で示すノズルアセ
ンブリ、たとえば、タ―ビンブレ―ド３４およびタ―ビ
ンロ―タ３８を回転または駆動するために、高圧ガスを
燃焼器２６からタ―ビンブレ―ド３４に所定の角度およ
び速度で差し向ける第１段ノズルアセンブリも含む。な
お、タ―ビンロ―タ３８はシャフト２８に連結されて、
圧縮機２０のロ―タを駆動する。また、高圧タ―ビン２
６の他の段にも同様のノズルアセンブリ４０を使用する
ことができる。
【００１９】図２に移ると、ノズルアセンブリ４０は環
状部材であるノズルサポ―ト４２を含む。ノズルサポ―
ト４２は内側流路壁を形成し、代表的には、締結具（図
示せず）などにより圧縮機２０の後部フレ―ムに固定さ
れている。ノズルアセンブリ４０は、外側リングシ―ル
４４および内側リングシ―ル４６も含む。ノズルアセン
ブリ４０はさらに、全体を４８で示す、円周方向に間隔
をあけて配置された複数の大体半径方向のタ―ビンノズ
ルベ―ンを含む。ノズルベ―ン４８は、半径方向に延在
する複数のベ―ン４９をセグメント状環状外側ノズルバ
ンド５０および同様のセグメント状内側ノズルバンド５
２で保持した構成である。なお、外側リングシ―ル４４
および内側リングシ―ル４６はそれぞれ、高熱燃焼ガス
が外側ノズルバンド５０および内側ノズルバンド５２の
まわりから漏れるのを防止する。ノズルアセンブリにつ
いての詳しい説明は、本出願人に譲渡されたＨａｕｓｅ
ｒの米国特許第４，３５３，６７９号に開示されている
。
状部材であるノズルサポ―ト４２を含む。ノズルサポ―
ト４２は内側流路壁を形成し、代表的には、締結具（図
示せず）などにより圧縮機２０の後部フレ―ムに固定さ
れている。ノズルアセンブリ４０は、外側リングシ―ル
４４および内側リングシ―ル４６も含む。ノズルアセン
ブリ４０はさらに、全体を４８で示す、円周方向に間隔
をあけて配置された複数の大体半径方向のタ―ビンノズ
ルベ―ンを含む。ノズルベ―ン４８は、半径方向に延在
する複数のベ―ン４９をセグメント状環状外側ノズルバ
ンド５０および同様のセグメント状内側ノズルバンド５
２で保持した構成である。なお、外側リングシ―ル４４
および内側リングシ―ル４６はそれぞれ、高熱燃焼ガス
が外側ノズルバンド５０および内側ノズルバンド５２の
まわりから漏れるのを防止する。ノズルアセンブリにつ
いての詳しい説明は、本出願人に譲渡されたＨａｕｓｅ
ｒの米国特許第４，３５３，６７９号に開示されている
。
【００２０】図２および図３を参照すると、内側ノズル
バンド５２は、ノズルベ―ン４９から横方向に延在する
環状壁またはプラットホ―ム５４を構成する。内側ノズ
ルバンド５２は、内側ノズルバンド５２をノズルサポ―
ト４２に装着するための、半径方向内方に延在する装着
用フランジ５６も含む。装着用フランジ５６はセグメン
ト状リテイナストリップ５８などによりノズルサポ―ト
４２に連結されている。リテイナストリップ５８は、半
径方向に延在し、その一部ずつが装着用フランジ５６お
よびノズルサポ―ト４２の対応する溝内に配置されてい
る。内側ノズルバンド５２はさらに、プラットホ―ム５
４と連続な流路を与えるための、軸線方向に延在する後
方リップまたはバンド・オ―バ―ハング６０を含む。な
お、装着用フランジ５６をボルトなしで保持することに
より、バンド・オ―バ―ハング６０の軸線方向長さが短
くなる。また、装着用フランジ５６をノズルサポ―ト４
２に通常のボルト連結により連結することができるが、
その場合、バンド・オ―バ―ハング６０の軸線方向長さ
が長くなる。
バンド５２は、ノズルベ―ン４９から横方向に延在する
環状壁またはプラットホ―ム５４を構成する。内側ノズ
ルバンド５２は、内側ノズルバンド５２をノズルサポ―
ト４２に装着するための、半径方向内方に延在する装着
用フランジ５６も含む。装着用フランジ５６はセグメン
ト状リテイナストリップ５８などによりノズルサポ―ト
４２に連結されている。リテイナストリップ５８は、半
径方向に延在し、その一部ずつが装着用フランジ５６お
よびノズルサポ―ト４２の対応する溝内に配置されてい
る。内側ノズルバンド５２はさらに、プラットホ―ム５
４と連続な流路を与えるための、軸線方向に延在する後
方リップまたはバンド・オ―バ―ハング６０を含む。な
お、装着用フランジ５６をボルトなしで保持することに
より、バンド・オ―バ―ハング６０の軸線方向長さが短
くなる。また、装着用フランジ５６をノズルサポ―ト４
２に通常のボルト連結により連結することができるが、
その場合、バンド・オ―バ―ハング６０の軸線方向長さ
が長くなる。
【００２１】図４を参照すると、内側ノズルバンド５２
には、複数の冷却穴または透孔６２がプラットホ―ム５
４を鋭角で貫通している。矢印６３で示す空気を内側ノ
ズルバンド５２の裏側６４から冷却透孔６２を通してガ
ス流路側６６に排出し、プラットホ―ム５４上に冷却空
気の薄い膜を形成する。内側ノズルバンド５２には、さ
らに、複数の冷却空気供給穴または透孔６８が、装着用
フランジ５６を裏側６４からバンド・オ―バ―ハング６
０まである角度で貫通している。
には、複数の冷却穴または透孔６２がプラットホ―ム５
４を鋭角で貫通している。矢印６３で示す空気を内側ノ
ズルバンド５２の裏側６４から冷却透孔６２を通してガ
ス流路側６６に排出し、プラットホ―ム５４上に冷却空
気の薄い膜を形成する。内側ノズルバンド５２には、さ
らに、複数の冷却空気供給穴または透孔６８が、装着用
フランジ５６を裏側６４からバンド・オ―バ―ハング６
０まである角度で貫通している。
【００２２】図４および図５を参照すると、バンド・オ
―バ―ハング６０には、冷却および裏側６４への熱伝導
を増大するため、全体を７０で示すピンフィンの行列体
またはバンクが設けられている。ピンフィン行列７０は
バンド・オ―バ―ハング６０と一体に鋳造するか、バン
ド・オ―バ―ハング６０に中ぐりし、それと一体にする
。ピンフィン行列７０は、軸線方向および横方向に間隔
をあけて配置した複数のピン７２、７４および７６を横
方向に延在する複数の列に整列させた構成である。ピン
７２、７４および７６は代表的には、丸棒状で、その直
径の２倍離れている。ピン７２、７４および７６は０．
０６０インチというような所定の直径を有する。ピン７
２、７４および７６は軸線方向に離れて、ピン列間を横
方向に延在する通路７８、８０、８２および８４を形成
している。なお、ピン７２、７４および７６間には軸線
方向にも通路が延在している。入口通路７８は半径方向
高さが約０．０６０インチで、出口通路８４は半径方向
高さが約０．０４０インチである。複数の排出穴または
透孔８６が出口通路８４から延在し、接線方向に向いて
いる。排出透孔８６を放電加工（ＥＤＭ）またはレ―ザ
穿孔により作製して、タ―ビン性能損を少なくする。
―バ―ハング６０には、冷却および裏側６４への熱伝導
を増大するため、全体を７０で示すピンフィンの行列体
またはバンクが設けられている。ピンフィン行列７０は
バンド・オ―バ―ハング６０と一体に鋳造するか、バン
ド・オ―バ―ハング６０に中ぐりし、それと一体にする
。ピンフィン行列７０は、軸線方向および横方向に間隔
をあけて配置した複数のピン７２、７４および７６を横
方向に延在する複数の列に整列させた構成である。ピン
７２、７４および７６は代表的には、丸棒状で、その直
径の２倍離れている。ピン７２、７４および７６は０．
０６０インチというような所定の直径を有する。ピン７
２、７４および７６は軸線方向に離れて、ピン列間を横
方向に延在する通路７８、８０、８２および８４を形成
している。なお、ピン７２、７４および７６間には軸線
方向にも通路が延在している。入口通路７８は半径方向
高さが約０．０６０インチで、出口通路８４は半径方向
高さが約０．０４０インチである。複数の排出穴または
透孔８６が出口通路８４から延在し、接線方向に向いて
いる。排出透孔８６を放電加工（ＥＤＭ）またはレ―ザ
穿孔により作製して、タ―ビン性能損を少なくする。
【００２３】バンド・オ―バ―ハング６０にはさらに、
熱束および過渡期の温度勾配を小さくするために、全体
を８８で示す熱バリヤ被膜がガス流路側６６に設けられ
ている。熱バリヤ被膜８８は、バンド・オ―バ―ハング
６０のへこみ部分９１に配置された高耐酸化性の粗な材
料の第１層または内層９０を有する。第１層９０は厚さ
約０．００５インチで、へこみ部分９１に通常の真空プ
ラズマ溶射により被着する。熱バリヤ被膜８８はセラミ
ック材料の第２層または外層９２も有する。セラミック
材料を、８％のＹ２ Ｏ３ および９２％のＺｒ Ｏ２
の組成のものとするのが好ましい。第２層９２は厚さ
約０．０１５インチで、第１層９０の上にまたはそれに
隣接して通常の空気プラズマ溶射により被着し、第２層
９２の外面がプラットホ―ム５４の外面と同一平面また
は連続になるようにする。
熱束および過渡期の温度勾配を小さくするために、全体
を８８で示す熱バリヤ被膜がガス流路側６６に設けられ
ている。熱バリヤ被膜８８は、バンド・オ―バ―ハング
６０のへこみ部分９１に配置された高耐酸化性の粗な材
料の第１層または内層９０を有する。第１層９０は厚さ
約０．００５インチで、へこみ部分９１に通常の真空プ
ラズマ溶射により被着する。熱バリヤ被膜８８はセラミ
ック材料の第２層または外層９２も有する。セラミック
材料を、８％のＹ２ Ｏ３ および９２％のＺｒ Ｏ２
の組成のものとするのが好ましい。第２層９２は厚さ
約０．０１５インチで、第１層９０の上にまたはそれに
隣接して通常の空気プラズマ溶射により被着し、第２層
９２の外面がプラットホ―ム５４の外面と同一平面また
は連続になるようにする。
【００２４】バンド・オ―バ―ハング６０はさらに、外
側またはガス流路側壁９３およびそれから半径方向に離
間した内側または裏側壁９４を含む。裏側壁９４は、ガ
ス流路側６６と裏側６４との間の過渡期の温度勾配を減
少または最小にするために、０．０５０インチのような
所定の厚さとする。内側ノズルバンド５２を単結晶合金
材料から構成し、これを単結晶二次軸（一次軸は半径方
向）が内側ノズルバンド５２に沿って円周方向にくるよ
うに配向するのが好ましい。なお、単結晶合金は通常の
周知の方法で、その二次軸を適当な所定の方向に配向す
ることができる。
側またはガス流路側壁９３およびそれから半径方向に離
間した内側または裏側壁９４を含む。裏側壁９４は、ガ
ス流路側６６と裏側６４との間の過渡期の温度勾配を減
少または最小にするために、０．０５０インチのような
所定の厚さとする。内側ノズルバンド５２を単結晶合金
材料から構成し、これを単結晶二次軸（一次軸は半径方
向）が内側ノズルバンド５２に沿って円周方向にくるよ
うに配向するのが好ましい。なお、単結晶合金は通常の
周知の方法で、その二次軸を適当な所定の方向に配向す
ることができる。
【００２５】運転時には、圧縮機２０からの冷却排出空
気が通路を通って、装着用フランジ５６の前の内側ノズ
ルバンド５２の裏側６４に流れる。冷却空気は、矢印６
３で示すように、その後、冷却透孔６２を通過し、プラ
ットホ―ム５４の上に薄いフィルムとして排出される。 冷却空気はまた、矢印９６で示すように、装着用フラン
ジ５６の前の裏側６４から供給透孔６８を通って、ピン
フィン行列７０の入口通路７８に流れる。空気はその後
、残りの通路８０および８２を通って出口通路８４に流
れる。空気は、矢印９６で示すように、出口通路８４か
ら排出透孔８６を通って排出され、タ―ビン性能の損失
を少なくするよう接線方向に向けて放出される。
気が通路を通って、装着用フランジ５６の前の内側ノズ
ルバンド５２の裏側６４に流れる。冷却空気は、矢印６
３で示すように、その後、冷却透孔６２を通過し、プラ
ットホ―ム５４の上に薄いフィルムとして排出される。 冷却空気はまた、矢印９６で示すように、装着用フラン
ジ５６の前の裏側６４から供給透孔６８を通って、ピン
フィン行列７０の入口通路７８に流れる。空気はその後
、残りの通路８０および８２を通って出口通路８４に流
れる。空気は、矢印９６で示すように、出口通路８４か
ら排出透孔８６を通って排出され、タ―ビン性能の損失
を少なくするよう接線方向に向けて放出される。
【００２６】したがって、供給透孔６８を通して導入さ
れた冷却空気は対流冷却を行い、内部熱伝達係数が高く
なる。バンド・オ―バ―ハング６０の裏側６４を冷却す
ることで、熱バリヤ被膜８８の断熱効果が著しく高めら
れる。これらが組み合わさる結果として、バンド・オ―
バ―ハング６０は、最小の冷却必要量にて、許容範囲内
の温度レベルになる。
れた冷却空気は対流冷却を行い、内部熱伝達係数が高く
なる。バンド・オ―バ―ハング６０の裏側６４を冷却す
ることで、熱バリヤ被膜８８の断熱効果が著しく高めら
れる。これらが組み合わさる結果として、バンド・オ―
バ―ハング６０は、最小の冷却必要量にて、許容範囲内
の温度レベルになる。
【００２７】その上、ピンフィン行列７０は、中実な連
続バンド・オ―バ―ハングと比べて、少ない冷却流れで
高い有効寿命維持能力を与える。熱バリヤ被膜８８を使
用することは、過渡運転時に、バンド・オ―バ―ハング
６０のガス流路側６６と裏側６４との間の温度勾配を小
さくする上で、特に有効である。ピンフィン行列７０は
、空気の均一な貫通流れを許し、バンド・オ―バ―ハン
グ６０のガス流路側６６と裏側６４との間に直接の伝熱
通路を確保し、蛇行通路に比べて著しく良好な伝熱を達
成する。
続バンド・オ―バ―ハングと比べて、少ない冷却流れで
高い有効寿命維持能力を与える。熱バリヤ被膜８８を使
用することは、過渡運転時に、バンド・オ―バ―ハング
６０のガス流路側６６と裏側６４との間の温度勾配を小
さくする上で、特に有効である。ピンフィン行列７０は
、空気の均一な貫通流れを許し、バンド・オ―バ―ハン
グ６０のガス流路側６６と裏側６４との間に直接の伝熱
通路を確保し、蛇行通路に比べて著しく良好な伝熱を達
成する。
【００２８】さらに、冷却空気をバンド・オ―バ―ハン
グ６０の後端から排出することは、性能上の重大な欠陥
とならない。ここが流量を規制する主要な区域であり、
圧力降下を利用してガス流の方向に有意な速度を生成す
ることができるからである。このことは、前方のロ―タ
空所へのガスの取り込みを少なくするのにも役立つ。バ
ンド・オ―バ―ハング６０に軸線方向亀裂が発現しても
、逆流マ―ジンは影響を受けない。流量規制の大部分は
後縁の排出透孔８６で行われるからである。
グ６０の後端から排出することは、性能上の重大な欠陥
とならない。ここが流量を規制する主要な区域であり、
圧力降下を利用してガス流の方向に有意な速度を生成す
ることができるからである。このことは、前方のロ―タ
空所へのガスの取り込みを少なくするのにも役立つ。バ
ンド・オ―バ―ハング６０に軸線方向亀裂が発現しても
、逆流マ―ジンは影響を受けない。流量規制の大部分は
後縁の排出透孔８６で行われるからである。
【００２９】また、単結晶の二次軸をバンド・オ―バ―
ハング６０に沿って円周方向に配向することにより、熱
応力が大幅に低減し、バンド・オ―バ―ハング６０の寿
命が長くなる。装着フランジ５６をボルトなしで保持す
るので、バンド・オ―バ―ハング６０の軸線方向長さは
、現行の長さと比べて短く、これにより熱勾配が小さく
なる。さらに、バンド・オ―バ―ハング６０の裏側壁９
４の厚さを所定の厚さに調節して、ガス流路側６６と裏
側６４との間の過渡温度勾配を小さくした。その上、ピ
ン行列通路７８、８０、８２および８４の半径方向高さ
を所定の高さに調節して、軸線方向における定常状態温
度勾配を小さくした。その結果、上流フィルムが有効な
通路の前端または入口端ではその入口端を大きくし、ま
たフィルムの有効性が低下する通路の後端または出口端
ではその出口端を小さくし、裏側冷却を増加する。
ハング６０に沿って円周方向に配向することにより、熱
応力が大幅に低減し、バンド・オ―バ―ハング６０の寿
命が長くなる。装着フランジ５６をボルトなしで保持す
るので、バンド・オ―バ―ハング６０の軸線方向長さは
、現行の長さと比べて短く、これにより熱勾配が小さく
なる。さらに、バンド・オ―バ―ハング６０の裏側壁９
４の厚さを所定の厚さに調節して、ガス流路側６６と裏
側６４との間の過渡温度勾配を小さくした。その上、ピ
ン行列通路７８、８０、８２および８４の半径方向高さ
を所定の高さに調節して、軸線方向における定常状態温
度勾配を小さくした。その結果、上流フィルムが有効な
通路の前端または入口端ではその入口端を大きくし、ま
たフィルムの有効性が低下する通路の後端または出口端
ではその出口端を小さくし、裏側冷却を増加する。
【００３０】以上、この発明を具体的な態様について説
明した。ここで用いた用語は、限定を目的としたもので
はなく、説明を目的としている。
明した。ここで用いた用語は、限定を目的としたもので
はなく、説明を目的としている。
【００３１】この発明の多くの変形や変更が上述した教
示から可能である。したがって、この発明は、上に具体
的に説明した以外にも、その要旨の範囲内で種々の態様
で実施できる。
示から可能である。したがって、この発明は、上に具体
的に説明した以外にも、その要旨の範囲内で種々の態様
で実施できる。
【図１】この発明によるノズルバンド・オ―バ―ハング
冷却を組み込んだガスタ―ビンエンジンの断面図である
。
冷却を組み込んだガスタ―ビンエンジンの断面図である
。
【図２】図１の円で囲んだ部分の拡大斜視図である。
【図３】この発明によるノズルバンド・オ―バ―ハング
冷却を組み込んだ図２のノズルベ―ンの立面図である。
冷却を組み込んだ図２のノズルベ―ンの立面図である。
【図４】図３の円で囲んだ部分の拡大断面図である。
【図５】この発明によるノズルバンド・オ―バ―ハング
冷却を組み込んだ図２−図４のノズルベ―ンの部分的斜
視図である。
冷却を組み込んだ図２−図４のノズルベ―ンの部分的斜
視図である。
１０ ガスタ―ビンエンジン、４０ ノズルアセン
ブリ、４４，４６ シ―ルリング、４９ ベ―ン、
５０，５２ ノズルバンド、５４ プラットホ―ム
、５６装着用フランジ、５８ リテイナストリップ、
６０ バンド・オ―バ―ハング、６２ 冷却穴、６
４ 裏側、６６ ガス流路側、６８ 冷却空気供
給穴７０ ピンフィン行列、７２，７４，７６ ピ
ン、７８，８０，８２，８４ 通路、８６排出穴、８
８ 熱バリヤ被膜、９０ 第１層、９１ へこみ
部分、９２ 第２層、９３ 外側壁、９４ 内側
壁。
ブリ、４４，４６ シ―ルリング、４９ ベ―ン、
５０，５２ ノズルバンド、５４ プラットホ―ム
、５６装着用フランジ、５８ リテイナストリップ、
６０ バンド・オ―バ―ハング、６２ 冷却穴、６
４ 裏側、６６ ガス流路側、６８ 冷却空気供
給穴７０ ピンフィン行列、７２，７４，７６ ピ
ン、７８，８０，８２，８４ 通路、８６排出穴、８
８ 熱バリヤ被膜、９０ 第１層、９１ へこみ
部分、９２ 第２層、９３ 外側壁、９４ 内側
壁。
Claims (20)
- 【請求項１】 円周方向に間隔をあけて配置された複
数のベ―ンと、上記ベ―ンを支持するノズルバンドであ
って、このノズルバンドは、ノズルバンドから半径方向
に延在し、ガスタ―ビンエンジンに固着するよう構成さ
れた装着用フランジを含み、上記装着用フランジより軸
線方向下流にオ―バ―ハング部分を有するノズルバンド
と、上記オ―バ―ハング部分内にピンフィンの行列を形
成し、冷却流体がそこを流れてオ―バ―ハング部分を冷
却するのを許容するピンフィン行列手段とを備えるガス
タ―ビンエンジン用ノズルアセンブリ。 - 【請求項２】 上記ノズルバンドが、冷却空気を上記
ピンフィン行列手段に供給する複数の供給透孔を形成す
る手段を含む請求項１に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項３】 上記ノズルバンドが、冷却空気を上記
ピンフィン行列手段から送り出す複数の排出透孔を形成
する手段を含む請求項２に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項４】 上記ピンフィン行列手段が横方向およ
び軸線方向に間隔をあけて配置された複数のピンを含む
請求項３に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項５】 上記ピンは断面が大体丸い請求項４に
記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項６】 上記ピンフィン行列手段は、横方向に
延在し、軸線方向に間隔をあけて配置された複数の通路
を形成し、これらの通路はそれぞれピンの隣接する横列
間に形成された請求項４に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項７】 さらに、上記オ―バ―ハング部分のガ
ス流路側に熱バリヤ被膜を含む請求項１に記載のノズル
アセンブリ。 - 【請求項８】 円周方向に間隔をあけて配置された複
数のベ―ンと、上記ベ―ンを支持するノズルバンドであ
って、このノズルバンドは、ノズルバンドから半径方向
に延在し、ガスタ―ビンエンジンに固着するよう構成さ
れた装着用フランジを含み、上記装着用フランジより軸
線方向下流にオ―バ―ハング部分を有するノズルバンド
と、上記オ―バ―ハング部分内にピンフィンの行列を形
成し、冷却流体がそこを流れるのを許容するピンフィン
行列手段と上記オ―バ―ハング部分のガス流路側に設け
た熱バリヤ被膜とを備えるガスタ―ビンエンジンの高圧
タ―ビン用ノズルアセンブリ。 - 【請求項９】 上記熱バリヤ被膜は、上記オ―バ―ハ
ング部分のへこんだ部分に配置された第１層と、上記第
１層に隣接し、上記ノズルバンドの外面と連続な外面を
有する第２層とを有する請求項８に記載のノズルアセン
ブリ。 - 【請求項１０】 上記第１層が高耐酸化性の材料から
なる請求項９に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項１１】 上記第２層がセラミック材料からな
る請求項９に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項１２】 上記ノズルバンドが単結晶合金から
なり、その二次軸を上記ノズルバンドに沿って円周方向
に向けた請求項８に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項１３】 上記オ―バ―ハング部分がガス流路
側壁と裏側壁とを有し、上記ピンフィン行列手段が上記
ガス流路側壁と裏側壁とを半径方向に隔てる請求項８に
記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項１４】 上記裏側壁が所定の厚さを有する請
求項１３に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項１５】 上記ピンフィン行列手段が横方向お
よび軸線方向に間隔をあけて配置された複数のピンを含
む請求項１３に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項１６】 上記ピンが上記ガス流路側壁および
裏側壁と一体である請求項１５に記載のノズルアセンブ
リ。 - 【請求項１７】 横方向に並んだ第１列のピンが、そ
れから軸線方向に隔たった横方向に並んだ第２列のピン
より半径方向高さが高い請求項１６に記載のノズルアセ
ンブリ。 - 【請求項１８】 上記ノズルバンドが、冷却空気をノ
ズルバンドの裏側から上記ピンフィン行列手段に供給す
る複数の供給透孔を形成する手段を含む請求項８に記載
のノズルアセンブリ。 - 【請求項１９】 上記ノズルバンドが、冷却空気を上
記オ―バ―ハング部分の後端で上記ピンフィン行列手段
から送り出す複数の排出透孔を形成する手段を含む請求
項１８に記載のノズルアセンブリ。 - 【請求項２０】 円周方向に間隔をあけて配置された
複数のベ―ンと、上記ベ―ンを支持するノズルバンドで
あって、スロ―トより上流でベ―ンから大体横方向に延
在する上流部分と、スロ―トより下流でベ―ンから大体
横方向に延在する下流部分とを有するノズルバンドと、
上記下流部分内にピンフィンの行列を形成する横方向お
よび軸線方向に間隔をあけて配置された複数のピンと、
冷却空気を上記ピンフィン行列に供給する複数の供給透
孔を形成する手段と、冷却空気を上記ピンフィン行列か
ら送り出す複数の排出透孔を形成する手段とを備え、こ
れにより冷却空気が上記供給透孔を通ってピンフィン行
列に入り、ピンフィン行列内を通過し、そしてピンフィ
ン行列から外へ出、この間に上記下流部分を冷却するこ
とを特徴とするガスタ―ビンエンジンの高圧タ―ビン用
ノズルアセンブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/531,413 US5197852A (en) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | Nozzle band overhang cooling |
| US531413 | 1990-05-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04231605A true JPH04231605A (ja) | 1992-08-20 |
Family
ID=24117533
Family Applications (1)
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