特開 2024-23136 取付けレールの応力除去構造を有するタービンノズルアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024023136

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】取付けレールの応力除去構造を有するタービンノズルアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20240214BHJP

   F01D 11/00 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

F01D9/02 104

F01D11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023108271

(22)【出願日】2023-06-30

(31)【優先権主張番号】17/876,221

(32)【優先日】2022-07-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(72)【発明者】

【氏名】ローレン エリザベス ロジャーズ

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム スコット ゼミティス

(72)【発明者】

【氏名】クリステン バーバラ コレッティ

(57)【要約】      （修正有）

【課題】取付けレールの応力除去構造を有するタービンノズルアセンブリを提供する。
【解決手段】取付けレール１５８は、外側端壁１２０に結合されており、前記外側端壁１２０から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁１２０に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在する。前記応力除去構造１２６は、前記取付けレール１５８の半径方向外側の表面１６０に画定された端部開口１７０、前記取付けレール１５８のレール厚さＴを貫通するように画定されたスロット１７４であって、前記端部開口１７０に結合されたスロット１７４、及び前記取付けレール１５８のレール厚さを貫通するように画定され、前記スロット１７４の半径方向内側の端部に結合された横長の開口部１８０を含む。前記横長の開口部１８０は、前記取付けレール１５８に存在する応力を除去するために、スロット１７４に対して円周方向に非対称に配置されている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンノズルアセンブリ（１１２）であって、
少なくとも１つのエアフォイル（１３０）、
前記少なくとも１つのエアフォイル（１３０）の半径方向外側の端部（１３２）に結合された外側端壁（１２０）、
前記外側端壁（１２０）に結合された取付けレール（１５８）であって、前記取付けレール（１５８）は、前記外側端壁（１２０）から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁（１２０）に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレール（１５８）は、半径方向外側の表面（１６２）及びレール厚さ（Ｔ）を有する、取付けレール（１５８）、及び
前記取付けレール（１５８）に画定された応力除去構造（１２６）であって、前記応力除去構造（１２６）は、
前記取付けレール（１５８）の半径方向外側の表面（１６０）に画定された端部開口（１７０）、
前記取付けレール（１５８）のレール厚さを貫通するように画定されたスロット（１７４）であって、前記端部開口（１７０）に結合されたスロット（１７４）、及び
前記取付けレール（１５８）のレール厚さ（Ｔ）を貫通するように画定され、前記スロット（１７４）の半径方向内側の端部（１８２）に結合された横長の開口部（１８０）であって、前記横長の開口部（１８０）は、前記スロット（１７４）に対して円周方向に非対称に配置されている、横長の開口部（１８０）
を含む応力除去構造（１２６）
を含むタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項2】

前記少なくとも１つのエアフォイル（１３０）は、前記スロット（１７４）の第１の円周方向側にある第１のエアフォイル（１３０Ａ）と、前記第１のエアフォイル（１３０Ａ）から円周方向に間隔を空けて配置された第２のエアフォイル（１３０Ｂ）であって、前記スロット（１７４）の第２の円周方向側にある第２のエアフォイル（１３０Ｂ）とを含み、前記応力除去構造（１２６）は、円周方向に関して、前記第１のエアフォイル（１３０Ａ）よりも前記第２のエアフォイル（１３０Ｂ）に近い、請求項１に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項3】

前記横長の開口部（１８０）は、前記スロット（１７４）の前記第１の円周方向側の第１の円周方向範囲（１８４）であって、前記スロット（１７４）の前記第２の円周方向側の第２の円周方向範囲（１８６）よりも狭い第１の円周方向範囲（１８４）を含む、請求項２に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項4】

前記横長の開口部（１８０）は、
前記スロット（１７４）の前記第１の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第１の平面（１９０）、
前記スロット（１７４）の前記第２の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第２の平面（１９２）、及び
前記第１の平面（１９０）及び前記第２の平面（１９２）を接続する丸みを帯びた面（１９４）
を含む、請求項２に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項5】

前記丸みを帯びた面（１９４）は、接続された複数の弧状面（１９６Ａ～Ｅ）を含み、各弧状面（１９６Ａ～Ｅ）は、異なる曲率半径を有する、請求項４に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項6】

前記第１の平面（１９０）に隣接する前記丸みを帯びた面（１９４）の第１の弧状面（１９６Ａ）は、第１の曲率半径であって、前記第２の平面（１９２）に隣接する前記丸みを帯びた面（１９４）の第２の弧状面（１９６Ｅ）の第２の曲率半径よりも小さい第１の曲率半径を有する、請求項５に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項7】

前記取付けレール（１５８）の前方面（１６２）と後方面（１６４）との間に位置するシールスロット（２４２）であって、前記スロット（１７４）及び前記横長の開口部（１８０）に交差して円周方向に広がるシールスロット（２４２）、及び
前記シールスロット（２４２）に配置された平面シール（２４４）であって、前記平面シール（２４４）は、前記横長の開口部（１８０）の前記丸みを帯びた面（１９４）に一致する形状のエッジ（２４６）を有する、平面シール（２４４）
を更に含む、請求項１に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項8】

前記取付けレール（１５８）は、前記外側端壁（１２０）の軸方向後縁（１６６）に隣接するように前記外側端壁（１２０）に結合されている、請求項１に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項9】

前記タービンノズルアセンブリ（１１２）は、タービンシステム（１００）の第２段（Ｌ１）に存在する、請求項１に記載のタービンノズルアセンブリ。

【請求項10】

第２のエアフォイル（１３０Ｂ）に隣接する第１のエアフォイル（１３０Ａ）、
前記第１のエアフォイル（１３０Ａ）及び前記第２のエアフォイル（１３０Ｂ）の半径方向内側の端部（１３４）に結合された内側端壁（１２２）、
前記第１のエアフォイル（１３０Ａ）及び前記第２のエアフォイル（１３０Ｂ）の半径方向外側の端部（１３２）に結合された外側端壁（１２０）、
前記外側端壁（１２０）に結合された取付けレール（１５８）であって、前記取付けレール（１５８）は、前記外側端壁（１２０）から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁（１２０）に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレール（１５８）は、半径方向外側の表面（１６０）及びレール厚さ（Ｔ）を有する、取付けレール（１５８）、及び
前記取付けレール（１５８）に画定された応力除去構造（１２６）であって、前記応力除去構造（１２６）は、
前記取付けレール（１５８）の半径方向外側の表面（１６０）に画定された端部開口（１７０）、
前記取付けレール（１５８）のレール厚さ（Ｔ）を貫通するように画定されたスロット（１７４）であって、前記端部開口（１７０）に結合されたスロット（１７４）、及び
前記取付けレール（１５８）のレール厚さ（Ｔ）を貫通するように画定され、前記スロット（１７４）の半径方向内側の端部（１３４）に結合された横長の開口部（１８０）であって、前記横長の開口部（１８０）は、前記スロット（１７４）に対して円周方向に非対称に配置されている、横長の開口部（１８０）
を含む応力除去構造（１２６）
を含む、タービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項11】

前記第１のエアフォイル（１３０Ａ）は、前記スロット（１７４）の第１の円周方向側に存在し、前記第２のエアフォイル（１３０Ｂ）は、前記第１のエアフォイル（１３０Ａ）から円周方向に間隔を空けて配置され、前記スロット（１７４）の第２の円周方向側に存在し、前記応力除去構造（１２６）は、円周方向に関して、前記第１のエアフォイル（１３０Ａ）よりも前記第２のエアフォイル（１３０Ｂ）に近い、請求項１０に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項12】

前記横長の開口部（１８０）は、前記スロット（１７４）の第１の円周方向側の第１の円周方向範囲（１８４）であって、前記スロット（１７４）の第２の円周方向側の第２の円周方向範囲（１８６）よりも狭い第１の円周方向範囲（１８４）を含む、請求項１１に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項13】

前記横長の開口部（１８０）は、
前記スロット（１７４）の第１の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第１の平面（１９０）、
前記スロット（１７４）の第２の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第２の平面（１９２）、及び
前記第１の平面（１９０）及び前記第２の平面（１９２）を接続する丸みを帯びた面（１９４）
を含む、請求項１１に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項14】

前記丸みを帯びた面（１９４）は、接続された複数の弧状面（１９６Ａ～Ｅ）を含み、各弧状面（１９６Ａ～Ｅ）は、異なる曲率半径を有する、請求項１３に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【請求項15】

前記第１の平面（１９０）に隣接する前記丸みを帯びた面（１９４）の第１の弧状面（１９６Ａ）は、第１の曲率半径であって、前記第２の平面（１９２）に隣接する前記丸みを帯びた面（１９４）の第２の弧状面（１９６Ｅ）の第２の曲率半径よりも小さい第１の曲率半径を有する、請求項１４に記載のタービンノズルアセンブリ（１１２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般にタービンシステムに関し、より詳細には、タービンノズルアセンブリの取付けレールの応力除去構造を含むタービン用のタービンノズルアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

タービンシステムは、回転ブレードと静止ノズルとの段を含んでおり、段の静止ノズルは作動流体を回転ブレードに向けて、回転ブレードを回転させる。円周方向に間隔を空けて配置された一連のタービンノズルアセンブリは、全体で、タービンシステムのノズル部分又は段を形成する。各タービンノズルアセンブリは、半径方向外側の端壁に結合された１つ以上の取付けレールを含む。半径方向外側の端壁は、エアフォイルによって半径方向内側の端壁に結合されている。取付けレールは、タービンの静止ケーシングに結合されている。取付けレールは高い応力を受ける恐れがある。図１は、取付けレール１２の従来の応力除去構造１０の側面図である。応力除去構造１０は、左右対称の構造を有している。左右対称の構造では、取付けレール１２において最も顕著な応力は軽減されない。

【発明の概要】

【0003】

以下に記載する全ての態様、実施例、及び特徴は、技術的に可能なあらゆる方法で組み合わせることができる。

【0004】

本開示の一態様は、タービンノズルアセンブリを提供する。タービンノズルアセンブリは、少なくとも１つのエアフォイル、前記少なくとも１つのエアフォイルの半径方向内側の端部に結合された内側端壁、前記少なくとも１つのエアフォイルの半径方向外側の端部に結合された外側端壁、前記外側端壁に結合された取付けレールであって、前記取付けレールは、前記外側端壁から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレールは、半径方向外側の表面及びレール厚さを有する、取付けレール、及び前記取付けレールに画定された応力除去構造であって、前記応力除去構造は、前記取付けレールの半径方向外側の表面に画定された端部開口、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定されたスロットであって、前記端部開口に結合されたスロット、及び前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定され、前記スロットの半径方向内側の端部に結合された横長の開口部であって、前記横長の開口部は、前記スロットに対して円周方向に非対称に配置されている、横長の開口部を含む。

【0005】

本開示の別の態様は、上記の態様を含み、前記少なくとも１つのエアフォイルは、前記スロットの第１の円周方向側にある第１のエアフォイルと、前記第１のエアフォイルから円周方向に間隔を空けて配置された第２のエアフォイルであって、前記スロットの第２の円周方向側にある第２のエアフォイルとを含み、前記応力除去構造は、円周方向に関して、前記第１のエアフォイルよりも前記第２のエアフォイルに近い。

【0006】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記横長の開口部は、前記スロットの前記第１の円周方向側の第１の円周方向範囲であって、前記スロットの前記第２の円周方向側の第２の円周方向範囲よりも狭い第１の円周方向範囲を含む。

【0007】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記横長の開口部は、前記スロットの前記第１の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第１の平面、前記スロットの前記第２の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第２の平面、及び前記第１の平面及び前記第２の平面を接続する丸みを帯びた面を含む。

【0008】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記丸みを帯びた面は、接続された複数の弧状面を含み、各弧状面は、異なる曲率半径を有する。

【0009】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記第１の平面に隣接する前記丸みを帯びた面の第１の弧状面は、第１の曲率半径であって、前記第２の平面に隣接する前記丸みを帯びた面の第２の弧状面の第２の曲率半径よりも小さい第１の曲率半径を有する。

【0010】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールの前方面と後方面との間に位置するシールスロットであって、前記スロット及び前記横長の開口部に交差して円周方向に広がるシールスロット、及び前記シールスロットに配置された平面シールであって、前記平面シールは、前記横長の開口部の前記丸みを帯びた面に一致する形状のエッジを有する、平面シールを更に含む。

【0011】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールは、前記外側端壁の軸方向後縁に隣接するように前記外側端壁に結合されている。

【0012】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記タービンノズルアセンブリは、タービンシステムの第２段に存在する。

【0013】

本開示の一態様は、タービンノズルアセンブリを含む。タービンノズルアセンブリは、第２のエアフォイルに隣接する第１のエアフォイル、前記第１のエアフォイル及び前記第２のエアフォイルの半径方向内側の端部に結合された内側端壁、前記第１のエアフォイル及び前記第２のエアフォイルの半径方向外側の端部に結合された外側端壁、前記外側端壁に結合された取付けレールであって、前記取付けレールは、前記外側端壁から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレールは、半径方向外側の表面及びレール厚さを有する、取付けレール、及び前記取付けレールに画定された応力除去構造であって、前記応力除去構造は、前記取付けレールの半径方向外側の表面に画定された端部開口、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定されたスロットであって、前記端部開口に結合されたスロット、及び前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定され、前記スロットの半径方向内側の端部に結合された横長の開口部であって、前記横長の開口部は、前記スロットに対して円周方向に非対称に配置されている、横長の開口部を含む応力除去構造を含む。

【0014】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記第１のエアフォイルは、前記スロットの第１の円周方向側に存在し、前記第２のエアフォイルは、前記第１のエアフォイルから円周方向に間隔を空けて配置され、前記スロットの第２の円周方向側に存在し、前記応力除去構造は、円周方向に関して、前記第１のエアフォイルよりも前記第２のエアフォイルに近い。

【0015】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記横長の開口部は、前記スロットの第１の円周方向側の第１の円周方向範囲であって、前記スロットの第２の円周方向側の第２の円周方向範囲よりも狭い第１の円周方向範囲を含む。

【0016】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記横長の開口部は、前記スロットの第１の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第１の平面、前記スロットの第２の円周方向側に延在し、円周方向に広がる第２の平面、及び前記第１の平面及び前記第２の平面を接続する丸みを帯びた面を含む。

【0017】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記丸みを帯びた面は、接続された複数の弧状面を含み、各弧状面は、異なる曲率半径を有する。

【0018】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記第１の平面に隣接する前記丸みを帯びた面の第１の弧状面は、第１の曲率半径であって、前記第２の平面に隣接する前記丸みを帯びた面の第２の弧状面の第２の曲率半径よりも小さい第１の曲率半径を有する。

【0019】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールの前方面と後方面との間に位置するシールスロットであって、前記スロット及び前記横長の開口部に交差して円周方向に広がるシールスロット、及び前記シールスロットに配置された平面シールであって、前記平面シールは、前記横長の開口部の前記丸みを帯びた面に一致する形状のエッジを有する、平面シールを更に含む。

【0020】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールは、前記外側端壁の軸方向後縁に隣接するように前記外側端壁に結合されている。

【0021】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記タービンノズルアセンブリは、タービンシステムの第２段に存在する。

【0022】

本開示の一態様は、タービンシステムを含む。タービンシステムは、複数のノズル段を含む。前記複数のノズル段のうちの少なくとも１つのノズル段は、少なくとも１つのタービンノズルアセンブリを含む。前記少なくとも１つのタービンノズルアセンブリは、少なくとも１つのエアフォイル、前記少なくとも１つのエアフォイルの半径方向内側の端部に結合された内側端壁、前記少なくとも１つのエアフォイルの半径方向外側の端部に結合された外側端壁、前記外側端壁に結合された取付けレールであって、前記取付けレールは、前記外側端壁から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレールは、半径方向外側の表面及びレール厚さを有する、取付けレール、及び前記取付けレールに画定された応力除去構造であって、前記応力除去構造は、前記取付けレールの半径方向外側の表面に画定された端部開口、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定されたスロットであって、前記端部開口に結合されたスロット、及び前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定され、前記スロットの半径方向内側の端部に結合された横長の開口部であって、前記横長の開口部は、前記スロットに対して円周方向に非対称に配置されている、横長の開口部を含む。

【0023】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記少なくとも１つのノズル段は、前記タービンシステムの第２段を含む。

【0024】

本開示の一態様は、タービンノズルアセンブリを含む。タービンノズルアセンブリは、少なくとも１つのエアフォイル、前記少なくとも１つのエアフォイルの半径方向外側の端部に結合された外側端壁、前記外側端壁に結合された取付けレールであって、前記取付けレールは、前記外側端壁から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレールは、半径方向外側の表面、レール厚さ、及び正圧面において前記取付けレールの円周方向端部の最も後方の点に原点を有する、取付けレール、前記取付けレールに画定された応力除去構造であって、前記応力除去構造は、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定された横長の開口部を含み、前記横長の開口部は、表Ｉに示され前記原点を起点としたＹ及びＺのデカルト座標値及び曲率半径に実質的に従って画定された複数の弧状面によって画定された公称プロファイルの形状を有する部分を備え、前記部分は、前記タービンのＸ軸に平行な方向に、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように形成され、前記デカルト座標値は、座標値に、前記取付けレールのレール厚さのＸ方向の最小範囲を掛けることにより距離に変換することができる０％から１００％までの無次元値であり、Ｙ値及びＺ値は、互いに滑らかに接合されて、前記タービンのＸ軸に平行な方向において、前記取付けレールのレール厚さ方向に渡って、前記横長の開口部の前記部分の表面プロファイルを形成する。

【0025】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記応力除去構造は、前記取付けレールの半径方向外側の表面に画定された端部開口、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定されたスロットであって、前記端部開口に結合されたスロットを含み、前記横長の開口部は前記スロットの半径方向内側の端部に結合され、前記横長の開口部は、前記スロットに対して円周方向に非対称に配置されている。

【0026】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記少なくとも１つのエアフォイルは、前記スロットの第１の円周方向側に存在する第１のエアフォイルと、前記第１のエアフォイルから円周方向に間隔を空けて配置され、前記スロットの第２の円周方向側に存在する第２のエアフォイルとを含み、前記応力除去構造は、円周方向に関して、前記第１のエアフォイルよりも前記第２のエアフォイルに近い。

【0027】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールの前方面と後方面との間に位置するシールスロットであって、前記スロット及び前記横長の開口部に交差して円周方向に広がるシールスロット、及び前記シールスロットに配置された平面シールであって、前記平面シールは、前記横長の開口部の前記丸みを帯びた面に一致する形状のエッジを有する、平面シールを更に含む。

【0028】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールは、前記外側端壁の軸方向後縁に隣接するように前記外側端壁に結合されている。

【0029】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記タービンノズルアセンブリは、タービンシステムの第２段に存在する。

【0030】

本開示の一態様は、タービンノズルアセンブリに関する。タービンノズルアセンブリは、少なくとも１つのエアフォイル、前記少なくとも１つのエアフォイルの半径方向外側の端部に結合された外側端壁、前記外側端壁に結合された取付けレールであって、前記取付けレールは、前記外側端壁から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレールは、半径方向外側の表面、レール厚さ、及び正圧面において前記取付けレールの円周方向端部の最も後方の点に原点を有する、取付けレール、前記取付けレールに画定された応力除去構造であって、前記応力除去構造は、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定された横長の開口部を含み、前記横長の開口部は、表ＩＩに示され前記原点を起点としたＸ、Ｙ、及びＺのデカルト座標値に実質的に従う公称プロファイルの形状を有する部分を備え、前記デカルト座標値は、座標値に、前記取付けレールのレール厚さのＸ方向の最小範囲を掛けることにより距離に変換することができる０％から１００％までの無次元値であり、Ｘ値、Ｙ値、及びＺ値は、互いに滑らかに接合されて、前記横長の開口部の前記部分の表面プロファイルを形成する。

【0031】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記応力除去構造は、前記取付けレールの半径方向外側の表面に画定された端部開口、及び前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定されたスロットであって、前記端部開口に結合されたスロットを含み、前記横長の開口部は前記スロットの半径方向内側の端部に結合されており、前記横長の開口部は、前記スロットに対して円周方向に非対称に配置されている。

【0032】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記少なくとも１つのエアフォイルは、前記スロットの第１の円周方向側に存在する第１のエアフォイルと、前記第１のエアフォイルから円周方向に間隔を空けて配置され、前記スロットの第２の円周方向側に存在する第２のエアフォイルとを含み、前記応力除去構造は、円周方向に関して、前記第１のエアフォイルよりも前記第２のエアフォイルに近い。

【0033】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールの前方面と後方面との間に位置するシールスロットであって、前記スロット及び前記横長の開口部に交差して円周方向に広がるシールスロット、及び
前記シールスロットに配置された平面シールであって、前記平面シールは、前記横長の開口部の前記丸みを帯びた面に一致する形状のエッジを有する、平面シールを更に含む。

【0034】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールは、前記外側端壁の軸方向後縁に隣接するように前記外側端壁に結合されている。

【0035】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記タービンノズルアセンブリは、タービンシステムの第２段に存在する。

【0036】

本開示の一態様は、タービンノズルアセンブリを含む。タービンノズルアセンブリは、少なくとも１つのエアフォイル、前記少なくとも１つのエアフォイルの半径方向外側の端部に結合された外側端壁、前記外側端壁に結合された取付けレールであって、前記取付けレールは、前記外側端壁から少なくとも部分的に半径方向外側に延在するとともに、前記外側端壁に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在し、前記取付けレールは、半径方向外側の表面、レール厚さ、及び正圧面において前記取付けレールの円周方向端部の最も後方の点に原点を有する、取付けレール、前記取付けレールに画定された応力除去構造であって、前記応力除去構造は、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定された横長の開口部を含み、前記横長の開口部は、表ＩＩに示され前記原点を起点としたＹ及びＺのデカルト座標値に実質的に従う公称プロファイルの形状を有する部分を備え、前記部分は、前記タービンのＸ軸に平行な方向に、前記取付けレールのレール厚さを貫通するように形成され、前記デカルト座標値は、座標値に、前記取付けレールのレール厚さのＸ方向の最小範囲を掛けることにより距離に変換することができる０％から１００％までの無次元値であり、Ｙ値及びＺ値は、互いに滑らかに接合されて、前記タービンのＸ軸に平行な方向において、前記取付けレールのレール厚さ方向に渡って、前記横長の開口部の前記部分の表面プロファイルを形成する。

【0037】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記応力除去構造は、前記取付けレールの半径方向外側の表面に画定された端部開口、及び前記取付けレールのレール厚さを貫通するように画定されたスロットであって、前記端部開口に結合されたスロットを含み、前記横長の開口部は前記スロットの半径方向内側の端部に結合されており、前記横長の開口部は、前記スロットに対して円周方向に非対称に配置されている。

【0038】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記少なくとも１つのエアフォイルは、前記スロットの第１の円周方向側に存在する第１のエアフォイルと、前記第１のエアフォイルから円周方向に間隔を空けて配置され、前記スロットの第２の円周方向側に存在する第２のエアフォイルとを含み、前記応力除去構造は、円周方向に関して、前記第１のエアフォイルよりも前記第２のエアフォイルに近い。

【0039】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールの前方面と後方面との間に位置するシールスロットであって、前記スロット及び前記横長の開口部に交差して円周方向に広がるシールスロット、及び前記シールスロットに配置された平面シールであって、前記平面シールは、前記横長の開口部の前記丸みを帯びた面に一致する形状のエッジを有する、平面シールを更に含む。

【0040】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けレールは、前記外側端壁の軸方向後縁に隣接するように前記外側端壁に結合されている。

【0041】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記タービンノズルアセンブリは、タービンシステムの第２段に存在する。

【0042】

本開示に記載されている２つ以上の態様（本概要に記載されているものを含む）を組み合わせて、本明細書に特に記載されていない実装態様を形成することができる。

【0043】

一つ以上の実施態様の詳細は、添付図面及び以下の発明を実施するための形態に記載されている。他の特徴、目的、及び利点は、発明を実施するための形態及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0044】

本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と併せて本開示の以下の発明を実施するための形態の様々な態様から、更に容易に理解される。

【図1】取付レール１２の従来の応力除去構造１０の側面図である。

【図2】ターボ機械の一例の簡略断面図である。

【図3】図２のターボ機械と共に使用することができる４段タービンの例を示す断面図である。

【図4】本開示の実施形態による、応力除去構造を含む例示的なタービンノズルアセンブリの前方斜視図である。

【図5】本開示の他の実施形態による、応力除去構造を含む例示的なタービンノズルアセンブリの側面斜視図である。

【図6】本開示の実施形態による、タービンノズルアセンブリの取付けレールの応力除去構造を前方から見下ろした斜視図である。

【図7】本開示の実施形態による、タービンノズルアセンブリの取付けレールの応力除去構造の背面図である。

【図8】本開示の実施形態による、応力除去構造の横長の開口部の拡大背面図である。

【図9】本開示の実施形態による、タービンノズルアセンブリの取付けレールの応力除去構造を前方且つ上方から見た斜視図である。

【図10】本開示の実施形態による、取付けレールの負圧面の円周方向端部の拡大斜視図である。

【図11】本開示の実施形態による、取付けレールの正圧面の円周方向端部の拡大斜視図である。

【図12】本開示の他の実施形態による、タービンノズルアセンブリの取付けレールの応力除去構造を前方且つ下方から見た斜視図である。

【図13】本開示の実施形態による、シールプレートを含むタービンノズルアセンブリの取付けレールの応力除去構造の背面図である。

【0045】

本開示の図面は必ずしも同一の縮尺ではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを示すことを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面において、同様の番号は、図面に渡って同様の要素を表す。

【発明を実施するための形態】

【0046】

最初に、本開示の対象を明確に説明するために、ターボ機械内の関連する機械の構成要素に言及して説明するときに、特定の用語を選択することが必要になる。可能な限り、一般的な業界用語が、その業界で受け入れられている意味と一致する態様で使用され、採用される。特に明記しない限り、上記の用語は、本出願の文脈及び特許請求の範囲と一致する広い解釈を与えられるべきである。当業者は、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なる用語又は重複する用語を使用して言及される場合があることを理解する。本明細書において単一の部品として説明されているものは、別の文脈では、複数の構成要素を含むことがあり、複数の構成要素を含むものとして言及されることがある。あるいは、本明細書において複数の構成要素を含むものとして説明されているものは、他の箇所では単一の部品として言及されることがある。

【0047】

更に、本明細書では、いくつかの記述用語が規則的に使用される場合があり、発明を実施するための形態の始めにこれらの用語を定義しておくことが有益である。これらの用語と用語の定義は、特に明記しない限り、以下の通りである。本明細書において、「下流の」及び「上流の」は、タービンエンジンを流れる作業流体などの流体の流れに関する方向、又は、例えば、燃焼器を流れる空気の流れ若しくはタービンの複数の構成要素システムのうちの一つを流れる冷却媒体の流れに関する方向を示す用語である。用語「下流の」は流体の流れの方向に対応し、用語「上流の」は、その流体の流れとは反対の方向（即ち、流れの源に向かう方向）を表す。用語「前方の」及び「後方の」は、他に特別なことがない限り、「前方の」はエンジンの前部又は圧縮機端部の方向を表し、「後方の」はタービン機械の後部の方向を表している。

【0048】

中心軸に対して半径方向の異なる位置に配置された部品を説明することが要求されることがある。用語「半径の」は、軸に垂直な動き又は位置を表す。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸の近くに存在している場合、本明細書では、第１の構成要素は、第２の構成要素の「半径方向内側に」又は「内側に」あると記載される場合がある。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸から遠くに存在する場合、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側に」又は「外側に」あると記載される場合がある。用語「軸の」は、軸（例えば、タービンシャフト）に対して平行な動き又は位置を表す。最後に、用語「円周の」は、軸の周りの動き又は位置を表す。このような用語は、タービンの中心軸に関連して適用される場合があることが理解される。一部の図面には、半径方向（Ｚ）、軸方向（Ｘ）、及び円周方向（Ｙ）を示す記号が含まれている。直交座標が使用されている場合、記号の矢印は正の方向を示す。

【0049】

更に、本明細書では、以下に説明するように、いくつかの記述用語が規則的に使用される場合がある。用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために互換的に使用することができ、個々の構成要素の位置及び重要度を意味することを意図するものではない。

【0050】

明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書において、「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「この（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに複数形を含むことを示していない限り、複数形を含むことを意図している。用語「含む」及び／又は「含んでいる」は、本明細書で使用される場合、言及された特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は構成要素が存在していることを述べているが、1つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在及び追加を排除するものではないことが更に理解される。「任意の」又は「任意に」は、その後に記述される事象又は状況が発生してもよいし発生しなくてもよいこと、又はその後に記述される構成要素又は要素が存在してもよいし存在しなくてもよいこと、及びその記述が、その事象が発生する又はその構成要素が存在する例と、その事象が発生しない又はその構成要素が存在しない例とを含むことを意味する。

【0051】

ある要素又は層が、別の要素又は層に「存在している」、「係合されている」、「接続されている」、又は「結合されている」ものとして言及されている場合、当該ある要素又は層は、他の要素又は層に、直接的に接触してもよいし、直接的に係合、接続、又は結合されていてもよいし、介在する要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある要素が、別の要素又は層に「直接的に接触」、「直接的に係合」、「直接的に接続」、又は「直接的に結合」しているものとして言及されている場合、介在する要素又は層は存在していない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で解釈されるべきである(例えば、「間に」と「直接的に間に」、「隣接する」と「直接的に隣接する」など)。本明細書において、用語「及び／又は」は、列挙された関連する複数の項目のうちの１つ以上の項目の任意の組合せ、及び全ての組合せを含む。

【0052】

上記に示したように、本開示は、タービンノズルアセンブリと、タービンノズルアセンブリを含むタービンシステムとを提供する。タービンノズルアセンブリは、少なくとも１つのエアフォイルと、少なくとも１つのエアフォイルの半径方向外側の端部に結合された外側端壁とを含む。また、タービンノズルアセンブリは、半径方向外側の端部に結合された取付けレールを含み、取付けレールは、外側端部から少なくとも部分的に半径方向外側に延在し、外側端部に沿って少なくとも部分的に円周方向に延在する。また、取付けレールは、半径方向外側の表面とレール厚さとを有する。応力除去構造は取付けレールに画定される。応力除去構造は、取付けレールの半径方向外側の表面に画定された端部開口と、取付けレールのレール厚さを貫通するように画定されたスロットであって、端部開口に結合されたスロットとを含む。また、応力除去構造は、取付けレールのレール厚さを貫通するように画定された横長の開口部であって、スロットの半径方向内側の端部に結合された横長の開口部を含む。横長の開口部は、応力が最も高い箇所で応力が除去されるように、スロットに対して円周方向に非対称に配置することができる。また、応力が最も高くなる箇所で応力が除去されるように、本明細書で説明する本開示の様々な実施形態に従って、特に、横長の開口部の一部を画定することができる。

【0053】

図面を参照する。図２は、燃焼タービン又はガスタービン（ＧＴ）システム１００（以下、「ＧＴシステム１００」）の形態の例示的なターボ機械９０の概略図である。ＧＴシステム１００は、圧縮機１０２と燃焼器１０４とを含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０５及び燃料ノズル部１０６を含む。また、ＧＴシステム１００は、タービン１０８と、圧縮機／タービンに共通のシャフト１１０（以下、「ロータ１１０」と称する）とを含む。

【0054】

サウスカロライナ州グリーンビルのゼネラル・エレクトリック・カンパニイから市販されている７ＨＡ．０２エンジンとすることができる。本開示は、特定のＧＴシステム又は特定のタービンシステムに限定されず、他のエンジン（例えば、ゼネラル・エレクトリック・カンパニイのＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ及びＥクラスの他のエンジンモデル及び他の会社のエンジンモデル）に実装することができる。更に、本開示の教示は、必ずしもＧＴシステムにしか適用できないわけではなく、他のタイプのターボ機械（例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機など）に適用してもよい。

【0055】

４つの段は、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３と呼ばれる。段Ｌ０は第１段であり、４つの段のうちの最小の段（半径方向について）である。段Ｌ１は第２段であり、第１段Ｌ０に軸方向において隣接するように配置されている。段Ｌ２は第３段であり、第２段Ｌ１に軸方向において隣接するように配置されている。段Ｌ３は第４の最後の段であり、最大の段（半径方向において）である。４つの段は一例として示されているに過ぎず、各タービンは４つより多い又は少ない段を有していてもよいことが理解される。

【0056】

静止ベーン又はノズルアセンブリ１１２のセットは、回転タービンブレード１１４のセットと協働してタービン１０８の各段Ｌ０～Ｌ３を形成し、タービン１０８の流路の一部を画定する。各セットの回転ブレード１１４は、例えば、ブレードをロータ１１０（図２）に円周方向に結合するそれぞれのロータホイール１１６に結合されている。すなわち、複数の回転ブレード１１４は、円周方向に間隔を空けて各ロータホイール１１６に機械的に結合される。静止ノズル部又はノズル段１１５は、ロータ１１０の周りにおいて円周方向に間隔を空けて配置された複数の静止ノズルアセンブリ１１２を含んでいる。各タービンノズルアセンブリ１１２（以下、「ノズルアセンブリ１１２」）は、少なくとも１つのエアフォイル１３０に接続された端壁（又はプラットフォーム）１２０、１２２を含むことができる。図示の例では、ノズルアセンブリ１１２は、エアフォイル１３０の半径方向外側の端部１３２に結合された半径方向外側の端壁１２０を含む。ノズルアセンブリ１１２は、エアフォイル１３０の半径方向内側の端部１３４に結合された半径方向内側の端壁１２２も含むことができる。半径方向外側の端壁１２０は、各ノズルアセンブリ１１２をタービン１０８のケーシング１２４に結合する。

【0057】

動作においては、空気が圧縮機１０２に流れ、圧縮された空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮された空気は、燃焼器１０４に一体化された燃料ノズルアセンブリ１０６に供給される。燃料ノズルアセンブリ１０６は、燃焼領域１０５と流体連通している。また、燃料ノズルアセンブリ１０６は、燃料源（図２には示されていない）と流体連通しており、燃焼領域１０５に燃料と空気を供給する。燃焼器１０４は、燃料に点火して燃焼させる。燃焼器１０４はタービン１０８と流体連通しており、タービン１０８内で、ガス流の熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。タービン１０８は、ロータ１１０に回転可能に結合され、ロータ１１０を駆動する。また、圧縮機１０２は、ロータ１１０に回転可能に結合されている。図示された実施形態では、複数の燃焼器１０４と複数の燃焼ノズルアセンブリ１０６がある。以下の説明では、特に断らない限り、各構成要素のうちの１つの構成要素のみについて説明する。ロータ１１０の少なくとも一端は、タービン１０８から軸方向に延在し、発電機、負荷圧縮機、及び／又は別のタービンなど（これらに限定されることはない）の負荷又は機械（図示せず）に取り付けることができる。

【0058】

図４及び図５を参照すると、様々な実施形態による応力除去構造１２６を含むタービンベーン又はノズルアセンブリ１１２の斜視図が示されている。図４は、複数のノズル１２８（例えば、２つのノズル）を含むノズルアセンブリ１１２を前方から見た斜視図を示し、図５は、１個のノズル１２８を有するノズルアセンブリ１１２の側面斜視図を示す。ノズルアセンブリ１１２は、任意の数のノズル１２８（すなわち、少なくとも外側端壁１２０に接続されたエアフォイル１３０）を含むことができる。いずれにしても、ノズルアセンブリ１１２は静止しており、ノズルアセンブリ１１２は、先に説明したように、静止ノズル部又はノズル段１１５（図３）の一部と、タービン１０８の段の静止ノズルアセンブリ１１２（図３）の環状体の一部とを形成する。タービン１０８（図３）の動作中、各ノズルアセンブリ１１２のノズル１２８は、作動流体（例えば、ガス又は蒸気）の流れを１つ以上の可動ブレード（例えば、ブレード１１４）に導くために、静止したままであり、それらの可動ブレードによってロータ１１０（図２）は回転を開始する。各ノズルアセンブリ１１２は、タービン１０８（図２～図３）の段Ｌ０～Ｌ３（図３）においてノズル１２８の環状体が形成されるように、類似の又は全く異なる複数のノズルアセンブリ１１２と結合する（締結具、溶接、スロット／溝などによって機械的に結合する）ように構成できることが理解される。

【0059】

タービンノズルアセンブリ１１２は、任意の数のノズル１２８を含むことができ、各ノズル１２８はエアフォイル１３０を含む。したがって、各タービンノズルアセンブリ１１２は、少なくとも１つのエアフォイル１３０を含むことができる。各エアフォイル１３０は、凸状の負圧面１４０と、負圧面１４０とは反対側の凹状の正圧面１４２（正圧面１４２は、図４及び図５において見えていない）とを有することができる。また、ノズルアセンブリ１１２の各エアフォイル１３０は、正圧面１４２と負圧面１４０との間に延在する前縁１４４と、前縁１４４とは反対側の後縁１４８であって、正圧面１４２と負圧面１４０との間に延在する後縁１４８とを含むことができる。図４は、２つのノズル１２８Ａ、１２８Ｂ、したがって、第１のエアフォイル１３０Ａ及び第２のエアフォイル１３０Ｂを有する一実施形態を示す。図５は、ノズル１２８が１つであり、したがってエアフォイル１３０が１つだけの一実施形態を示す。

【0060】

また、ノズルアセンブリ１１２は、負圧面１４０、正圧面１４２、後縁１４８及び前縁１４４のエアフォイル１３０に接続された少なくとも１つの端壁１２０、１２２（２つの端壁が図示されている）を含むことができる。図示の例では、ノズルアセンブリ１１２は、半径方向外側の端壁１２０及び半径方向内側の端壁１２２を含む。半径方向外側の端壁１２０は、静的ノズル部１１５（図３）の半径方向外面に位置決めされ、それぞれのノズルアセンブリ１１２をタービン１０８（図３）のケーシング１２４（図３）に結合するように構成されている。半径方向内側の端壁１２２は、静的ノズル部１１５（図３）の半径方向内面に位置合わせされるように構成され、タービン１０８を通る高温ガス経路の半径方向内側の境界を画定する。

【0061】

また、各ノズルアセンブリ１１２は、外側端壁１２０に結合された取付けレール１５８であって、ノズルアセンブリをケーシング１２４（図３）に取り付けるための取付けレール１５８を含む。２つの取付けレール１５８が、例えば、図４及び図５に示されている。各取付けレール１５８は、外側端壁１２０から、少なくとも部分的に半径方向外側に、すなわちＺ方向に延在している。レールの一部は外側端壁の外面よりも下とすることができる。また、各取付けレール１５８は、外側端壁１２０に沿って、少なくとも部分的に円周方向に、すなわちＹ方向に延在する。各取付けレール１５８は、半径方向外側の表面１６０、前方面１６２、後方面１６４、及び前方面１６２と後方面１６４と間のレール厚さＴを有している。各取付けレールの厚さＴは、例えば、前方面１６２及び／又は後方面１６４の突起によって、半径方向で変化することができる。面１６２、１６４は、ケーシング１２４（図３）内にノズルアセンブリ１１２を取り付けるために必要な任意の形状を有することができる。場合によっては、取付けレール１５８は、かぎのように曲がった形状から「フック」と呼ばれることがある。

【0062】

一つ以上の取付けレール１５８における応力によって、メンテナンスが必要となる。応力に対処するために、本開示の実施形態では、ノズルアセンブリ１１２の１つ以上の取付けレール１５８に応力除去構造１２６が採用される。応力除去構造１２６は、典型的には、外側端壁１２０の軸方向後縁１６６に隣接するように外側端壁１２０に結合される後方取付けレール１５８Ａのみに実装されるが、タービン１０８の１つ以上のノズルアセンブリ１１２の任意の取付けレール１５８に使用することができる。説明の便宜上、応力除去構造１２６は、後方取付けレール１５８Ａに対するものとして説明される。

【0063】

図６及び図７は、それぞれ、本開示の実施形態による、前方を見下ろすように取付けレール１５８Ａの応力除去構造１２６を見た斜視図及び応力除去構造１２６の背面図を示す。応力除去構造１２６は、応力除去が望まれる取付けレール１５８の円周方向の範囲に沿う任意の場所に配置することができる。一実施形態では、図４に示されるように、第１のエアフォイル１３０Ａ及び第２のエアフォイル１３０Ｂがノズルアセンブリ１１２に使用される場合、応力除去構造１２６は、円周方向に関して、第１のエアフォイル１３０Ａよりも第２のエアフォイル１３０Ｂに近い。すなわち、エアフォイル１３０Ａと１３０Ｂと間における円周方向の取付けレール１５８Ａにおいて、応力除去構造１２６は、第２のエアフォイル１３０Ｂに近い位置に配置される。図４及び図６に示す例では、応力除去構造１２６は、図４、図６及び図７のように背面から見て時計回りにおいて最も離れている又は右側にある第２のエアフォイル１３０Ｂに近い。正確な位置は、例えば、他の構造を避けて、応力が最も多い場所に応力除去構造１２６が配置されるように、ユーザが選択することができる。

【0064】

応力除去構造１２６（以下、「構造１２６」と呼ぶ）は、取付けレール１５８の半径方向外側の表面１６０に画定された端部開口１７０を含むことができる。端部開口１７０は、取付けレール１５８の半径方向外側の表面１６０に対し、任意の技術（例えば、フライス削り又はワイヤ放電加工（ＥＤＭ））を使用して形成することができる。端部開口１７０は、取付けレール１５８に部分的にしか延在していない、すなわち、取付けレール１５８の半径方向の範囲の一部だけが外側端壁１２０の半径方向の最も外側の表面の上にある。したがって、端部開口１７０は、取付けレール１５８の半径方向外側の表面１６０を貫通し、概ね半径方向外側を向くように開いている。図７に示すように、端部開口１７０は、凹形状及び円周方向の幅Ｗ１を有することができ、この幅Ｗ１は、例えば、取付けレール１５８の強度を維持しながら応力を除去するように選択することができる。端部開口１７０は、取付けレール１５８の前方面１６２（図６）から後方面１６４まで広がっており、すなわち、端部開口１７０は、レール厚さＴ（図６）の全体を貫通する。端部開口１７０は、湾曲した角部１７２を有するように示されているが、湾曲した角部１７２は全ての場合において必ずしも必要なものではない。

【0065】

構造１２６は、取付けレール１５８のレール厚さＴ（図６）を貫通して画定されたスロット１７４であって、端部開口１７０に（流体的に）結合されたスロット１７４を含むこともできる。スロット１７４は、取付けレール１５８の前方面１６２から後方面１６４まで延在しており、端部開口１７０と流体連通するようにスロット１７４の半径方向の外側端部１７６（図７にのみ示す）で開口している。スロット１７４は、取付けレール１５８において概ね半径方向Ｚに延在するが、一部の図で見られるように、半径方向Ｚに対してある程度の角度を有することができる。更に、スロット１７４は、取付けレール１５８において概ね直線状に延在するが、半径方向Ｚに対していくらか曲がっていてもよい。スロット１７４は、取付けレール１５８に対して任意の技術（例えば、ワイヤＥＤＭ）を使用して形成することができる。スロット１７４は、所望の応力除去を生成するのに望まれる任意の円周方向幅Ｗ２及び任意の半径方向深さＤ１を有することができる。図４に示すように、第１のエアフォイル１３０Ａは、スロット１７４の第１の円周方向側（図示のように背面から見て左側）にあり、第２のエアフォイル１３０Ｂは、第１のエアフォイル１３０Ａから円周方向に間隔を空けてスロット１７４の第２の円周方向側に配置されている。

【0066】

また、構造１２６は、取付けレール１５８のレール厚さＴを貫通するように画定された横長の開口部１８０であって、スロット１７４の半径方向内側の端部１８２（図７）に結合された横長の開口部１８０を含む。したがって、横長の開口部１８０は、スロット１７４と流体連通している。横長の開口部１８０は、概ね楕円形の断面形状又は全体的に丸みを帯びた僅かに細長い他の断面形状を有することができる。図７に示す一例では、横長の開口部１８０は、スロット１７４の第１の円周方向側（図の左側）に延在し円周方向に広がる第１の平面１９０と、スロット１７４の第２の円周方向側（図の右側）に延在する円周方向に平坦な第２の面１９２とを含む。平坦な面１９０、１９２は、スロット１７４に対して垂直とすることができ、また、互いに半径方向に位置合わせさせることができる。丸みを帯びた面１９４が、円周方向に平坦な第１の面１９０及び円周方向に平坦な第２の面１９２に接続することができる。面１９０、１９２が丸みを帯びた概ね楕円形の他の形状も可能である。

【0067】

横長の開口部１８０は、スロット１７４に対して円周方向（Ｙ）に非対称に配置される。必要な箇所で応力を除去するために、非対称性は、本開示の様々な実施形態に従って様々な形態を取ることができる。様々な実施形態を個別に又は協働させて使用することができる。図７に示すように、応力除去構造１２６（端部開口１７０、スロット１７４、及び横長の開口部１８０を含む）の断面は、ワイングラスの一般的な形状であるが、非対称な底部（すなわち、横長の開口部１８０）を有している。

【0068】

横長の開口部１８０の形状に関して、一実施形態では、横長の開口部１８０は、スロット１７４に対して一方の円周方向の長さが他方の円周方向の長さよりも長くなるように取付けレール１５８を延在することによって非対称とすることができる。より具体的には、図７に示すように、横長の開口部１８０は、スロット１７４の第１の円周方向側（図の左側）の第１の円周方向範囲１８４（円周方向の幅Ｗ３を有する）であって、スロット１７４の第２の円周方向側（図の右側）の第２の円周方向範囲１８６（円周方向の幅Ｗ４を有する）よりも狭い第１の円周方向範囲１８４を含むことができる。横長の開口部１８０におけるスロット１７４の第２の円周方向側の第２の円周方向範囲１８６は、スロット１７４の第１の円周方向側における第１の円周方向範囲１８４が第１のエアフォイル１３０Ａの近くまで延在するよりも更に、第２のエアフォイル１３０Ｂの近くまで延在する。このようにして、構造１２６は、応力が最も顕著な場所で応力を除去するように構成することができる。長い範囲が使用される円周方向は、必要に応じて変更することができる。スロット１７４の両側において横長の開口部１８０の曲率は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0069】

別の実施形態では、例えば図８に示すように、非対称性は、スロット１７４に対して異なる円周方向側において横長の開口部１８０が異なる形状を有することよって実現することができる。このようにして、構造１２６は、応力が最も顕著な場所で応力を除去するように構成することができる。図８は、本開示の様々な実施形態による、スロット１７４及び横長の開口部１８０の拡大背面図を示す。ここで、丸みを帯びた面１９４は、非対称性が形成されるようにするために、（先に説明した異なる範囲とは別に、又は当該異なる範囲に加えて）スロット１７４の両側で異なる形状を有することができる。例えば、丸みを帯びた面１９４は、接続された複数の弧状面１９６であって、２つ以上の弧状面が異なる曲率半径（ＲＣ）を有する複数の弧状面１９６とすることができる。弧状面１９６は、滑らかな面が形成されるように、互いに接続する（円周方向に平坦な面１９０、１９２が形成されている場合には、面１９０、１９２に接続する）ことができる。

【0070】

図９～図１１を更に参照して、弧状面１９６の位置を説明する。図９は、前方を見上げる（半径方向外側）ように構造１２６を含むタービンノズルアセンブリ１１２の外側端壁１２０を見た斜視図を示す。図１０は、取付けレール１５８の負圧面の円周方向端部２００の拡大斜視図を示す。図１１は、取付けレール１５８の正圧面の円周方向端部２０２の拡大斜視図を示す。正圧面及び負圧面の円周方向端部は、ノズルアセンブリ１１２のエアフォイル１３０の方向に関係することに留意されたい。図９及び図１１に示すように、取付けレール１５８は、正圧面において円周方向端部２０２の最も後方の点であって、原点２１０（すなわち、横長の開口部１８０の弧状面１９６の曲率中心を定めるための基準点）として機能する点を含む。（本明細書で更に説明するように、原点２１０は、横長の開口部１８０の部分２１６の表面プロファイルの基準点としても機能し、横長の開口部１８０の部分２１６は図８及び図１２に示され、デカルト座標で表される）。図９に示すように、Ｙ軸は円周方向に延在し、取付けレール１５８の後方面１６４に平行である。したがって、Ｙ軸は、負圧面において取付けレール１５８の円周方向端部２００の最も後方の点２１２も貫通する。

【0071】

図８に戻ると、複数の弧状面１９６Ａ～１９６Ｅが示されている。この例では、５つの弧状面１９６Ａ～１９６Ｅが使用されているが、代替の実施形態では、更に多い又は少ない数の弧状面１９６を使用することも可能である。各弧状面１９６Ａ～１９６Ｅは、それぞれ、曲率半径（ＲＣ）が異なる半径Ｒ１～Ｒ５を有する。曲率半径（ＲＣ）の範囲は、応力を除去するように選択することができ、非限定的な一例では、１．０ミリメートル（ｍｍ）から４２．０ｍｍまでの範囲の値を取るようにすることができる。図８に示す例では、丸みを帯びた面１９４のうち、円周方向に平坦な第１の面１９０に隣接する第１の弧状面１９６Ａは、丸みを帯びた面１９４のうち、円周方向に平坦な第２の面１９２に隣接する第２の弧状面１９６Ｅの第２の曲率半径（半径Ｒ５）よりも小さい第１の曲率半径（半径Ｒ１）を有することができる。

【0072】

特定の実施形態では、取付けレール１５８の応力除去構造１２６は、取付けレール１５８のレール厚さＴ（図６）を貫通するように画定された横長の開口部１８０を含むことができ、横長の開口部は、表Ｉに示されたＹ及びＺのデカルト座標値及び曲率半径（ＲＣ）に実質的に従って画定された複数の弧状面１９６Ａ～１９６Ｅによって画定された公称プロファイルの形状を有する部分２１６（図８）を備えている。デカルト座標は、原点２１０、即ち、正圧面において取付けレール１５８の円周方向端部２０２の最も後方の点を起点とする。この形状は、タービン１０８のＸ軸に平行な方向（例えば、図９～図１１の座標軸、及び図８のページに向かって行く方向／図８のページから向かってくる方向）に、取付けレール１５８のレール厚さＴ（図６）を貫通するように形成されている。すなわち、横長の開口部１８０の部分２１６は、表Ｉの弧状面１９６Ａ～１９６Ｅによって画定される形状を有しており、部分２１６は、取付けレール１５８のレール厚さＴ（図６）を、タービン１０８のＸ軸に平行な方向に貫通する（及び、部分２１６は、レール厚さのＸ方向の範囲を有している）。

【0073】

デカルト座標値（Ｙ及びＺ）及び曲率半径の値は、座標値に、距離の単位で表される特定の正規化パラメータ値を掛けることにより距離に変換することができる０％から１００％までの無次元値である。すなわち、表のＹ値及びＺ値並びに曲率半径の値は、正規化パラメータの百分率であるので、正規化パラメータの実際の所望の距離を掛けると、正規化パラメータの実際の所望の距離を有する取付けレール１５８に対して横長の開口部１８０の各弧状面１９６Ａ～１９６Ｅの中心の実際の座標になる。ここで、図１０に示すように、正規化パラメータは、取付けレール１５８のＸ方向における最小範囲２１４、すなわち、最小レール厚さＴ（図６）を含む。（Ｘ方向における実際の最小範囲２１４は、取付けレール１５８の負圧面における円周方向端部２００に示されているが、取付けレール１５８の他の場所に位置していてもよい）。したがって、各弧状面１９６の実際のＹ値及びＺ値並びに曲率半径の値は、表Ｉの値に、Ｘ方向における実際の所望の最小範囲２１４（例えば、２．１センチメートル）を掛けることによって表すことができる。いずれにせよ、複数の弧状面１９６Ａ～１９６Ｅは、互いに滑らかに接合されて、タービン１０８のＸ軸に平行な方向において、取付けレール１５８のレール厚さ方向に渡って、横長の開口部１８０の部分２１６の表面プロファイルを形成する。

【0074】

表Ｉ－横長の開口部の部分の表面プロファイルの弧状面［無次元化されたＹ値及びＺ値］

【表1】

【0075】

この例では、横長の開口部１８０は、スロット１７４に対して第１の円周方向側（図示の左側）において、横長の開口部１８０の半径Ｒ１及び／又は短い範囲１８４を使用することで、第２の円周方向側（図示の右側）よりも多くの応力を除去する。横長の開口部１８０は、取付けレール１５８の所望の位置において所望の応力除去ができるように任意の非対称形状を有することができる。

【0076】

別の実施形態では、取付けレール１５８の応力除去構造１２６は、取付けレール１５８のレール厚さＴ（図６）を貫通するように画定された横長の開口部１８０を含むことができ、横長の開口部１８０は、表ＩＩに示されたＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値に実質的に従うように画定された公称プロファイルの形状を有する部分２１６（図８）を備えている。デカルト座標は、原点２１０、即ち、正圧面において取付けレール１５８の円周方向端部の最も後方の点を起点とする。デカルト座標値は、その座標値に、距離単位で表される特定の正規化パラメータ値を乗算することによって距離に変換可能な０％から１００％までの無次元値である。すなわち、表ＩＩのＸ、Ｙ及びＺの値は、正規化パラメータの百分率であるので、正規化パラメータの実際の所望の距離を掛けると、正規化パラメータの実際の所望の距離を有する取付けレール１５８に対して横長の開口部１８０の部分２１６の実際の座標を表す。ここで、図１０に示すように、正規化パラメータは、取付けレール１５８のレール厚さのＸ方向における最小範囲２１４を含む。（ここでも、Ｘ方向における実際の最小範囲２１４は、取付けレール１５８の負圧面における円周方向端部２００に示されているが、取付けレール１５８の他の場所に位置していてもよい）。したがって、実際のＸ、Ｙ及びＺの値は、表ＩＩの値に、Ｘ方向における実際の所望の最小範囲２１４（例えば、２．１センチメートル）を掛けることによって表すことができる。いずれにせよ、Ｘ、Ｙ及びＺの値は、互いに滑らかに接合されて、横長の開口部１８０の部分２１６の表面プロファイルを（取付けレール１５８のレール厚さ方向に渡って）形成する。

【0077】

表ＩＩ－横長の開口部の部分の表面プロファイルのＸ値、Ｙ値、Ｚ値（又はＹ値、Ｚ値）［無次元化されたＸ値、Ｙ値、及びＺ値］。

【表2】

【0078】

図１２を参照すると、別の実施形態では、取付けレール１５８の応力除去構造１２６は、取付けレール１５８のレール厚さＴを貫通して画定された横長の開口部１８０を含むことができ、横長の開口部１８０は、表ＩＩに示されたＹ及びＺのデカルト座標値に実質的に従うように画定された公称プロファイルの形状を有する部分２１６を備えている。デカルト座標は、原点２１０、即ち、正圧面において取付けレール１５８の円周方向端部の最も後方の点を起点とする。図１２に示すように、部分２１６の形状は、タービン１０８のＸ軸に平行な方向（例えば、図１２の凡例あたり）に、取付けレール１５８のレール厚さＴを貫通するように形成されている。すなわち、横長の開口部１８０の部分２１６は、表ＩＩのＹ値及びＺ値によって画定される形状を有し、取付けレール１５８のレール厚さＴを、タービン１０８のＸ軸に平行な方向に貫通する（位置によってレール厚さＴが変化すると、Ｘ方向の範囲は変化する）。ここで、表ＩＩのＸ座標は無視され、横長の開口部１８０の部分２１６のＸ方向の範囲は、タービン１０８のＸ軸に平行な方向において、取付けレール１５８の位置によって変化するレール厚さＴによって画定される。

【0079】

デカルト座標値は、その座標値に、距離の単位で表される特定の正規化パラメータ値を掛けることによって距離に変換可能な０％から１００％の無次元値である。すなわち、再度参照すると、表ＩＩのＹ値及びＺ値は、正規化パラメータの百分率であるので、正規化パラメータの実際の所望の距離を掛けると、正規化パラメータの実際の所望の距離を有する取付けレール１５８に対して横長の開口部１８０の部分２１６の実際の座標を表す。ここでも、図１０に示すように、正規化パラメータは、取付けレール１５８のレール厚さのＸ方向における最小範囲２１４を含む。（前述のように、Ｘ方向における実際の最小範囲２１４は、取付けレール１５８の負圧面における円周方向端部２００に示されているが、取付けレール１５８の他の場所に位置していてもよい）。したがって、実際のＹ値及びＺ値は、表ＩＩの値に、Ｘ方向における実際の所望の最小範囲２１４（例えば、２．１センチメートル）を掛けることによって表すことができる。いずれにせよ、Ｙ値及びＺ値は、互いに滑らかに接合されて、タービン１０８のＸ軸に平行な方向に取付けレール１５８のレール厚さＴを貫通する横長の開口部１８０の部分２１６の表面プロファイルを形成する（図３）。

【0080】

前述のように、本明細書で説明する様々な表の値は、周囲条件、非動作条件、又は非高温条件における様々な表面の公称プロファイルを決定するために生成され、小数点以下３桁まで示された無次元化値であり、いかなるコーティング及びフィレットも考慮していないが、実施形態では、他の条件、コーティング、及び／又はフィレットを考慮することができる。特定の実施形態では、典型的な製造公差及び／又はコーティングの厚さを許容するために、正規化パラメータ（即ち、取付けレール１５８のＸ方向の最小範囲２１４）に±値を加えることができる。例えば、一実施形態では、±１５パーセントの公差を取付けレール１５８のＸ方向の最小範囲２１４に適用して、低温又は室温での応力除去構造の表面プロファイルエンベロープを画定することができる。

【0081】

他の実施形態では、典型的な製造公差及び／又はコーティング厚さを許容するために、±値を表に列挙された値に加えることができる。例えば、一実施形態では、任意の表面に垂直な方向の厚さの±１５パーセントの公差は、低温又は室温での応力除去構造のプロファイルエンベロープを画定することができる。言い換えれば、表面プロファイルに沿った任意の表面に垂直な方向の厚さの１５パーセントの距離は、特に本開示によって具体化されるように、低温又は室温において、実際の表面上の測定点とそれらの点の理想的な位置との間の変動範囲を画定することができる。別の実施形態では、任意の表面に垂直な方向の厚さの±２０パーセントの公差は、低温又は室温における応力除去構造のプロファイルエンベロープを画定することができる。本明細書で具体化されるような表面プロファイルは、機械的機能及び空気力学的機能を損なうことなく、これらの変動範囲に対してロバストである。

【0082】

横長の開口部１８０及び／又は部分２１６の形状の様々な実施形態に関して更に、ノズルアセンブリ１１２及び／又は取付けレール１５８に適切な曲面を生成する既知の又は将来的に開発される任意の曲線フィッティング技術を使用して、表に列挙された弧状面１９６及び／又はデータ点を互いに滑らかに（線及び／又は弧で）結合して、横長の開口部１８０及び／又は横長の開口部１８０の部分２１６の表面プロファイルを形成することができる。曲線フィッティング技術としては、外挿、補間、平滑化、多項式回帰、及び／又は他の数学的曲線フィッティング関数があるが、これらに限定されることはない。曲線フィッティング技術は、例えば、統計的及び／又は数値解析ソフトウェアによって、手動で実行する及び／又はコンピュータで実行することができる。

【0083】

再び図６を参照すると、タービンノズルアセンブリ１１２は、外側端壁１２０及び取付けレール１５８によって、冷却流体２３０が、エアフォイル１３０の内部と流体連通する外側端壁１２０の開口部２３２を通って、エアフォイル１３０の内部に導かれる。図６及び図７は、本開示の実施形態による、組み付けられていない形態のシールシステム２４０を示す。図１３は、応力除去構造１２６の背面図を示す。図１３は、図７に類似するが、組み付けられた形態のシールシステム２４０を含むタービンノズルアセンブリ１１２（図６）の応力除去構造１２６を示す。図６、図７及び図１３を参照すると、シールシステム２４０は、取付けレール１５８の軸方向前方の空間から、取付けレール１５８の軸方向後方の空間を（軸Ｘに対して）封止して、タービン１０８（図３）の高温の作動流体から冷却流体２３０を分離する。この目的のために、タービンノズルアセンブリ１１２は、取付けレール１５８の前方面１６２と後方面１６４との間に（取付けレール１５８の端部開口１７０内に）位置するシールスロット２４２であって、スロット１７４及び横長の開口部１８０に交差して円周方向に広がるシールスロット２４２を含む。シールスロット２４２は、図６に最もよく示されており、図７及び図１３には破線で示されている。シールスロット２４２は、スロット１７４に対して円周方向に開口しており、横長の開口部１８０の上で半径方向に開口している。シールスロット２４２は、任意の技術（例えば、ワイヤＥＤＭ）を用いて取付けレール１５８に形成することができる。

【0084】

また、タービンノズルアセンブリ１１２は、シールスロット２４２に配置された平面シール２４４を含むことができる。平面シール２４４は、シールスロット２４２に半径方向にスライドして嵌合する大きさ及び形状であり、横長の開口部１８０の丸みを帯びた面１９４（例えば、横長の開口部の部分２１６（図８））に一致する形状の半径方向内側エッジ２４６を含む。平面シール２４４は、端部開口１７０を通ってシールスロット２４２に差し込むことができる。平面シール２４４は、端部開口１７０の底面２１８と共平面である半径方向外側エッジ２４８を含む。タービンノズルアセンブリ１１２と、回転ブレード１１４（図３）の端部の半径方向外側にあるシュラウド２５０（図３）との間の別のシール（図示せず）が、取付けレール１５８Ａの後方面１６４に対して端部開口１７０を覆っていることが理解される。このようにして、ノズルアセンブリ及びシュラウドシール（図示せず）において、平面シール２４４は、流体がスロット１７４及び横長の開口部１８０を流れることを防止できる。取付けレール１５８及び外側端壁１２０において、シールシステム２４０、ノズルアセンブリ１１２、及びシュラウドシール（図示せず）は、冷却流体２３０をタービン１０８（図３）の高温の作動流体から保護する。

【0085】

再び図３を参照すると、様々な実施形態において、タービンノズルアセンブリ１１２は、第１段（Ｌ０）のノズル、第２段（Ｌ１）のノズル、第３段（Ｌ２）のノズル、又は第４段（Ｌ３）のノズルに備えることができる。特定の実施形態では、タービンノズルアセンブリ１１２は、タービン１０８の第２段（Ｌ１）のノズルに備えられ、ノズルアセンブリ１１２内の応力除去構造１２６によって、第２段（Ｌ１）のノズルは、第２段におけるノズルに発生する応力に耐えることができる。様々な実施形態において、タービン１０８は、タービン１０８の第１段（Ｌ０）のみに、タービン１０８の第３段（Ｌ２）のみに、又はタービン１０８の第４段（Ｌ３）のみに、ノズル１１２のセットを含むことができる。

【0086】

本開示の実施形態は、必要に応じてより精密な応力除去を実現する取付けレールの応力除去構造を有するタービンノズルアセンブリを提供する。非限定的な一例では、応力除去構造により、メンテナンスの休止期間に取付けレールに亀裂が入る恐れが、９０％（典型的な値）から１５％に減少した。応力除去構造は、取付けレールに隣接する構造（ノズルの後縁などがあるが、後縁に限定されることはない）に発生する応力を除去することもできる。

【0087】

本明細書及び特許請求の範囲を通じて使用される近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、及び「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくとも一部の例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。ここに記載されたこと並びに本明細書及び特許請求の範囲を通して、範囲の限定を組み合わせること及び／又は置き換えることが可能である。文脈又は文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含される全ての部分範囲を含む。範囲の特定の端の値に適用される「約」は、当該範囲の両端の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された端の値の＋／－１０％を示すことができる。

【0088】

特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクション又はステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、又は動作を包含することを意図している。本開示の記載は、例示及び説明の目的で提示されており、可能な全てのものを含んでいることも、開示された形態で本開示に限定することも意図するものではない。当業者には、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく多くの改変及び変形が明らかである。本開示の原理及び実際の用途を最適に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を加えた様々な実施形態についての開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態が選択され、かつ記載された。

【符号の説明】

【0089】

１００ ＧＴシステム
１１２ タービンノズルアセンブリ
１２０ 外側端壁
１２２ 内側端壁
１２６ 応力除去構造
１３０ エアフォイル
１３２ 半径方向外側の端部
１３４ 半径方向内側の端部
１５８ 取付けレール
１６０ 半径方向外面
１６２ 前方面
１６４ 後方面
１６６ 軸方向後縁
１７０ 端部開口
１７４ スロット
１８０ 横長の開口部
１８２ 半径方向内側の端部
１８４ 円周方向範囲
１８６ 円周方向範囲
１８６ 円周方向範囲
１９０ 平坦面
１９２ 平坦面
１９４ 丸みを帯びた面
２４２ シールスロット
２４４ 平面シール
２４６ 半径方向内側エッジ
１３０Ａ エアフォイル
１３０Ｂ エアフォイル
１９６Ａ～Ｅ 弧状面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【外国語明細書】