特許 7599971 補強部材と整列した接合線を有する掃引表面を備えたスラッシュ面を有するノズル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】補強部材と整列した接合線を有する掃引表面を備えたスラッシュ面を有するノズル

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20241209BHJP

   F01D 9/04 20060101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

F01D9/02 104

F01D9/04

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021011034

(22)【出願日】2021-01-27

(65)【公開番号】P2021131088

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2024-01-15

(31)【優先権主張番号】16/793,269

(32)【優先日】2020-02-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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】ジャコブ・ジョン・キットルソン

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－１７７４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４４７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８５２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１２３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００１１２６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４０７５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０９５０６３６２（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ０１Ｄ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンシステム（１０）用のノズル（２４、２２４）であって、
前縁（５６）と後縁（５８）との間に延びる正圧側（５２）および負圧側（５４）を画定する外部表面を備える翼形部（４０）であって、先端（６２）および根元（６４）をさらに画定する翼形部（４０）と、
前記先端（６２）で前記翼形部（４０）に接続された内側側壁（４２、２４２）であって、正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前縁面（７６、８６、２７６、２８６）、および後縁面（７８、８８、２７８、２８８）を画定する周縁（７０、８０、２７０、２８０）を含む内側側壁（４２、２４２）と、
前記根元（６４）で前記翼形部（４０）に接続された外側側壁（４４、２４４）であって、正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前縁面（７６、８６、２７６、２８６）、および後縁面（７８、８８、２７８、２８８）を画定する周縁（７０、８０、２７０、２８０）を含む外側側壁（４４、２４４）と、
前記内側側壁（４２、２４２）の半径方向内側側面（９２）および前記外側側壁（４４、２４４）の半径方向外側側面（９４）の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材（９０）と
を備え、
前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、または前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）の少なくとも１つは、前記タービンシステム（１０）の軸線（ＴＡ）に対して第１の角度（１０２）で延びる第１の掃引表面（１００）と、前記タービンシステム（１０）の軸線（ＴＡ）に対して第２の角度（１０６）で延びる第２の掃引表面（１０４）とを含み、前記第１の掃引表面（１００）と前記第２の掃引表面（１０４）は、前記補強部材（９０）と円周方向に整列した接合線（１１０）で交わる、
ノズル（２４、２２４）。

【請求項2】

前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）および前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）は各々、前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）を含み、前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）および前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）は各々、単一の平面表面（１１２）を含む、請求項１に記載のノズル（２４、２２４）。

【請求項3】

前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、または前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）の１つのみが、前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）を含む、請求項１に記載のノズル（２４、２２４）。

【請求項4】

前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）および前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、または前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）および前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）の１つの対のみが各々、前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）を含む、請求項１に記載のノズル（２４、２２４）。

【請求項5】

各側壁（４２、２４２、４４、２４４）は、８°よりも大きく弧状に延びる、請求項１に記載のノズル（２４、２２４）。

【請求項6】

前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）は、前記タービンシステム（１０）に取り付けられたとき、隣接するノズル（２４、２２４）のスラッシュ面（７２、７４、８２、８４、１１２、２７２、２７４、２８２、２８４）間に不均一なギャップ距離（ＧＤ）を形成する、請求項１に記載のノズル（２４、２２４）。

【請求項7】

前記補強部材（９０）は、前記内側側壁（４２、２４２）および前記外側側壁（４４、２４４）の少なくとも１つの前記前縁面（７６、８６、２７６、２８６）から前記後縁面（７８、８８、２７８、２８８）に向かって、翼弦軸方向長さ（ＣＬ）の５０％～１００％の間に位置する、請求項１に記載のノズル（２４、２２４）。

【請求項8】

前記タービンシステム（１０）の前記軸線（ＴＡ）に対して、前記第１の角度（１０２）は、２９．６°～４０．４°であり、前記第２の角度（１０６）は、２９．６°～４０．４°である、請求項１に記載のノズル（２４、２２４）。

【請求項9】

タービンシステム（１０）用のノズル（２４、２２４）アセンブリであって、
環状アレイに配置され、高温ガス経路（２０）を画定する複数のノズル（２４、２２４）であって、前記複数のノズル（２４、２２４）の各々は、
前縁（５６）と後縁（５８）との間に延びる正圧側（５２）および負圧側（５４）を画定する外部表面を備える翼形部（４０）であって、先端（６２）および根元（６４）をさらに画定する翼形部（４０）と、
前記先端（６２）で前記翼形部（４０）に接続された内側側壁（４２、２４２）であって、正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前縁面（７６、８６、２７６、２８６）、および後縁面（７８、８８、２７８、２８８）を画定する周縁（７０、８０、２７０、２８０）を含む内側側壁（４２、２４２）と、
前記根元（６４）で前記翼形部（４０）に接続された外側側壁（４４、２４４）であって、正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前縁面（７６、８６、２７６、２８６）、および後縁面（７８、８８、２７８、２８８）を画定する周縁（７０、８０、２７０、２８０）を含む外側側壁（４４、２４４）と、
前記内側側壁（４２、２４２）の半径方向内側側面（９２）および前記外側側壁（４４、２４４）の半径方向外側側面（９４）の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材（９０）と
を含む複数のノズル（２４、２２４）
を備え、
前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、または前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）の少なくとも１つは、前記タービンシステム（１０）の軸線（ＴＡ）に対して第１の角度（１０２）で延びる第１の掃引表面（１００）と、前記タービンシステム（１０）の軸線（ＴＡ）に対して第２の角度（１０６）で延びる第２の掃引表面（１０４）とを含み、前記第１の掃引表面（１００）と前記第２の掃引表面（１０４）は、前記補強部材（９０）と円周方向に整列した接合線（１１０）で交わり、
各側壁（４２、２４２、４４、２４４）は、前記環状アレイの８°よりも大きく弧状に延びる、
ノズル（２４、２２４）アセンブリ。

【請求項10】

前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）および前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）は各々、前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）を含み、前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）および前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）は各々、単一の平面表面（１１２）を含む、請求項９に記載のノズル（２４、２２４）アセンブリ。

【請求項11】

前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）、または前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）の１つのみが、前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）を含む、請求項９に記載のノズル（２４、２２４）アセンブリ。

【請求項12】

前記内側側壁（４２、２４２）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）および前記内側側壁（４２、２４２）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）、または前記外側側壁（４４、２４４）の正圧側スラッシュ面（７２、８２、２７２、２８２）および前記外側側壁（４４、２４４）の負圧側スラッシュ面（７４、８４、２７４、２８４）の１つの対のみが各々、前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）を含む、請求項９に記載のノズル（２４、２２４）アセンブリ。

【請求項13】

前記第１の掃引表面（１００）および前記第２の掃引表面（１０４）は、前記環状アレイ内の前記複数のノズル（２４、２２４）の隣接するノズル（２４、２２４）のスラッシュ面（７２、７４、８２、８４、１１２、２７２、２７４、２８２、２８４）間に不均一なギャップ距離（ＧＤ）を形成する、請求項９に記載のノズル（２４、２２４）アセンブリ。

【請求項14】

前記補強部材（９０）は、前記内側側壁（４２、２４２）および前記外側側壁（４４、２４４）の少なくとも１つの前記前縁面（７６、８６、２７６、２８６）から前記後縁面（７８、８８、２７８、２８８）に向かって、翼弦軸方向長さ（ＣＬ）の５０％～１００％の間に位置する、請求項９に記載のノズル（２４、２２４）アセンブリ。

【請求項15】

前記タービンシステム（１０）の前記軸線（ＴＡ）に対して、前記第１の角度（１０２）は、２９．６°～４０．４°であり、前記第２の角度（１０６）は、２９．６°～４０．４°である、請求項９に記載のノズル（２４、２２４）アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、ガスタービンシステムなどのタービンシステムに関し、より詳細には、補強部材と円周方向に整列した接合線で交わる、または補強部材と円周方向に整列したピークを有する弧で交わる掃引表面を備えたスラッシュ面を有するタービンシステムにおけるノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

タービンシステムは、発電などの分野において広く利用されている。例えば、従来のガスタービンシステムは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを含む。ガスタービンシステムの動作中、システム内の様々な構成要素は高温の流れに曝され、場合によっては高応力環境に曝される。特に懸念される構成要素の１つは、ノズルである。典型的なタービンセクションノズルは、内側側壁と外側側壁との間に延びる翼形部部分を含む。側壁の周縁、特に正圧側および負圧側スラッシュ面は、隣接するノズル間、例えば、単一体のノズルスラッシュ面に沿って最小限のホットギャップを必要とする。高温たわみが隣接するノズルにおいてノズル間の干渉を引き起こす場合、より大きなギャップが形成される場合があり、酸化をもたらし得る高温ガス摂取の問題につながる可能性がある。この問題は、所与のタービン段で少数のノズル（例えば、４８個のノズルではなく３６個のノズル）を使用する高度なタービンシステムでは大きくなる。

【0003】

スラッシュ面は、それらの間の角度を画定するために交わる２つの線形部分を含む「ドッグレッグ」プロファイルを有し得る。ドッグレッグプロファイルは、翼形部を側壁に容易に結合することを可能にする形状を提供するように配置されるが、ノズル間の干渉につながる可能性のある高温歪みには対処しない。ドッグレッグプロファイルでは、ドッグレッグは一般に凹型の形状であるため、線形部分間の交差部により高い応力集中領域が形成される。加えて、ドッグレッグのスラッシュ面形状のより大きな凹みは、スラッシュ面全長の増加、およびガスタービンの性能に悪影響を与える漏れをもたらす。応力集中レベルを下げるために、逃げ半径が凹型の交差部に導入されている。

【0004】

あるいは、スラッシュ面は、線形プロファイルを有する場合がある。例えば、一部の縁部は、スラッシュ面全体に広がる特異な線形プロファイルを有する。特異な線形プロファイルにより、交差部での高い応力集中が排除される。しかし、特異な線形プロファイルを有するスラッシュ面の構築は、様々な高温たわみに対処しない。

【0005】

完全に湾曲したスラッシュ面も採用されているが、製造が困難であり、高温たわみの問題に適切に対処していないため、隣接するスラッシュ面間のギャップが大きくなる。

【発明の概要】

【0006】

本開示の第１の態様は、タービンシステム用のノズルを提供し、ノズルは、前縁と後縁との間に延びる正圧側および負圧側を画定する外部表面を含む翼形部であって、先端および根元をさらに画定する翼形部と、先端で翼形部に接続された内側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む内側側壁と、根元で翼形部に接続された外側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む外側側壁と、内側側壁の半径方向内側側面および外側側壁の半径方向外側側面の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材とを備え、内側側壁の正圧側スラッシュ面、内側側壁の負圧側スラッシュ面、外側側壁の正圧側スラッシュ面、または外側側壁の負圧側スラッシュ面の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度に対して第１の角度で延びる第１の掃引表面と、公称スラッシュ面角度に対して第２の角度で延びる第２の掃引表面とを含み、第１の掃引表面と第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列した接合線で交わる。

【0007】

本開示の第２の態様は、タービンシステム用のノズルアセンブリを提供し、ノズルアセンブリは、環状アレイに配置され、高温ガス経路を画定する複数のノズルであって、複数のノズルの各々は、前縁と後縁との間に延びる正圧側および負圧側を画定する外部表面を含む翼形部であって、先端および根元をさらに画定する翼形部と、先端で翼形部に接続された内側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む内側側壁と、根元で翼形部に接続された外側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む外側側壁と、内側側壁の半径方向内側側面および外側側壁の半径方向外側側面の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材とを含む複数のノズルを備え、内側側壁の正圧側スラッシュ面、内側側壁の負圧側スラッシュ面、外側側壁の正圧側スラッシュ面、または外側側壁の負圧側スラッシュ面の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度に対して第１の角度で延びる第１の掃引表面と、公称スラッシュ面角度に対して第２の角度で延びる第２の掃引表面とを含み、第１の掃引表面と第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列した接合線で交わる。

【0008】

本開示の第３の態様は、ガスタービンシステムを提供し、ガスタービンシステムは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを備え、タービンセクションは、複数のタービン段を含み、複数のタービン段の少なくとも１つは、ノズルアセンブリを含み、ノズルアセンブリは、環状アレイに配置され、高温ガス経路を画定する複数のノズルであって、複数のノズルの各々は、前縁と後縁との間に延びる正圧側および負圧側を画定する外部表面を備える翼形部であって、先端および根元をさらに画定する翼形部と、先端で翼形部に接続された内側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む内側側壁と、根元で翼形部に接続された外側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む外側側壁と、内側側壁の半径方向内側側面および外側側壁の半径方向外側側面の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材とを備える複数のノズルを含み、内側側壁の正圧側スラッシュ面、内側側壁の負圧側スラッシュ面、外側側壁の正圧側スラッシュ面、または外側側壁の負圧側スラッシュ面の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度に対して第１の角度で延びる第１の掃引表面と、公称スラッシュ面角度に対して第２の角度で延びる第２の掃引表面とを含み、第１の掃引表面と第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列した接合線で交わり、各側壁は、環状アレイの７°よりも大きく弧状に延びる。

【0009】

本開示の第４の態様は、タービンシステム用のノズルを提供し、ノズルは、前縁と後縁との間に延びる正圧側および負圧側を画定する外部表面を含む翼形部であって、先端および根元をさらに画定する翼形部と、先端で翼形部に接続された内側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む内側側壁と、根元で翼形部に接続された外側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む外側側壁と、内側側壁の半径方向内側側面および外側側壁の半径方向外側側面の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材とを備え、内側側壁の正圧側スラッシュ面、内側側壁の負圧側スラッシュ面、外側側壁の正圧側スラッシュ面、または外側側壁の負圧側スラッシュ面の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度に対して第１の角度で延びる第１の掃引表面と、公称スラッシュ面角度に対して第２の角度で延びる第２の掃引表面とを含み、第１の掃引表面と第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列したピークを有する弧で交わる。

【0010】

本開示の第５の態様は、タービンシステム用のノズルアセンブリを提供し、ノズルアセンブリは、環状アレイに配置され、高温ガス経路を画定する複数のノズルであって、複数のノズルの各々は、前縁と後縁との間に延びる正圧側および負圧側を画定する外部表面を含む翼形部であって、先端および根元をさらに画定する翼形部と、先端で翼形部に接続された内側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む内側側壁と、根元で翼形部に接続された外側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む外側側壁と、内側側壁の半径方向内側側面および外側側壁の半径方向外側側面の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材とを含む複数のノズルを備え、内側側壁の正圧側スラッシュ面、内側側壁の負圧側スラッシュ面、外側側壁の正圧側スラッシュ面、または外側側壁の負圧側スラッシュ面の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度に対して第１の角度で延びる第１の掃引表面と、公称スラッシュ面角度に対して第２の角度で延びる第２の掃引表面とを含み、第１の掃引表面と第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列したピークを有する弧で交わる。

【0011】

本開示の第６の態様は、ガスタービンシステムを提供し、ガスタービンシステムは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを備え、タービンセクションは、複数のタービン段を含み、複数のタービン段の少なくとも１つは、ノズルアセンブリを含み、ノズルアセンブリは、環状アレイに配置され、高温ガス経路を画定する複数のノズルであって、複数のノズルの各々は、前縁と後縁との間に延びる正圧側および負圧側を画定する外部表面を備える翼形部であって、先端および根元をさらに画定する翼形部と、先端で翼形部に接続された内側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む内側側壁と、根元で翼形部に接続された外側側壁であって、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む外側側壁と、内側側壁の半径方向内側側面および外側側壁の半径方向外側側面の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材とを備える複数のノズルを含み、内側側壁の正圧側スラッシュ面、内側側壁の負圧側スラッシュ面、外側側壁の正圧側スラッシュ面、または外側側壁の負圧側スラッシュ面の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度に対して第１の角度で延びる第１の掃引表面と、公称スラッシュ面角度に対して第２の角度で延びる第２の掃引表面とを含み、第１の掃引表面と第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列したピークを有する弧で交わり、各側壁は、環状アレイの７°よりも大きく弧状に延びる。

【0012】

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または論じられていない他の問題を解決するように設計される。

【0013】

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、さらに容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の実施形態による、ガスタービンシステムの概略図である。

【図2】本開示の実施形態による、ガスタービンシステムのタービンセクションの断面図である。

【図3】本開示の実施形態による、ノズルの斜視図である。

【図4】本開示の実施形態による、反転された図３のノズルの斜視図である。

【図5】本開示の実施形態による、図３の線Ｘ－Ｘに沿ったノズルの内側側壁の断面図である。

【図6】本開示の実施形態による、図３の線Ｙ－Ｙに沿ったノズルの外側側壁の上面図である。

【図7】本開示の別の実施形態による、ノズルの内側側壁の断面図である（図３の線Ｘ－Ｘに沿ったものと同様の図）。

【図8】本開示の他の実施形態による、ノズルの外側側壁の上面図である（図３の線Ｙ－Ｙに沿ったものと同様の図）。

【図9】本開示の他の実施形態による、ノズルの内側側壁の断面図である（図３の線Ｘ－Ｘに沿ったものと同様の図）。

【図10】本開示のさらに他の実施形態による、ノズルの外側側壁の上面図である（図３の線Ｙ－Ｙに沿ったものと同様の図）。

【図11】本開示の追加の実施形態による、ノズルの内側側壁の断面図である（図３の線Ｘ－Ｘに沿ったものと同様の図）。

【図12】本開示の実施形態による、ノズルの外側側壁の上面図である（図３の線Ｙ－Ｙに沿ったものと同様の図）。

【図13】本開示の別の実施形態による、ノズルの斜視図である。

【図14】本開示の別の実施形態による、反転された図１３のノズルの斜視図である。

【図15】本開示の実施形態による、図１３の線Ｘ－Ｘに沿ったノズルの内側側壁の断面図である。

【図16】本開示の実施形態による、図１３の線Ｙ－Ｙに沿ったノズルの外側側壁の上面図である。

【図17】本開示の別の実施形態による、ノズルの内側側壁の断面図である（図１３の線Ｘ－Ｘに沿ったものと同様の図）。

【図18】本開示の他の実施形態による、ノズルの外側側壁の上面図である（図１３の線Ｙ－Ｙに沿ったものと同様の図）。

【図19】本開示の他の実施形態による、ノズルの内側側壁の断面図である（図１３のＸ－Ｘに沿ったものと同様の図）。

【図20】本開示のさらに他の実施形態による、ノズルの外側側壁の上面図である（図１３の線Ｙ－Ｙに沿ったものと同様の図）。

【図21】本開示の追加の実施形態による、ノズルの内側側壁の断面図である（図３の線Ｘ－Ｘに沿ったものと同様の図）。

【図22】本開示の追加の実施形態による、ノズルの外側側壁の上面図である（図３の線Ｙ－Ｙに沿ったものと同様の図）。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本開示の図面は、必ずしも原寸に比例しないことに留意されたい。場合によっては、例示および理解のために、特徴の形状、サイズなどが誇張されている場合がある。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示する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考えるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。

【0016】

最初の問題として、現在の技術を明確に説明するために、タービンシステム内の関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。

【0017】

加えて、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができ、このセクションの開始時にこれらの用語を定義することが有用であることがわかる。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはタービンの構成要素システムの１つを通る冷却剤などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れの反対の方向を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前方または圧縮機端部を指し、「後方」はエンジンの後部またはタービン端部を指す。

【0018】

多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置に配置された部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸線に垂直な移動または位置を指す。このような場合、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線に近接して位置する場合には、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」または「内方」にあると述べる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに位置する場合には、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」または「外方」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動または位置を指す。このような用語は、タービンの中心軸線に関連して適用することができることが理解されよう。

【0019】

加えて、以下に記載のように、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができる。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。

【0020】

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意選択の」または「任意選択で」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含むことを意味する。

【0021】

ある要素または層が別の要素または層に対して「上に」、「係合される」、「接続される」、または「結合される」と言及される場合には、他の要素または層に対して直接上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。逆に、ある要素が別の要素または層に対して「直接上に」、「直接係合される」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係について説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「～の間に」に対して「直接～の間に」、「～に隣接して」に対して「直接～に隣接して」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のいずれかおよび１つまたは複数のすべての組み合わせを含む。

【0022】

本技術の実施形態は、ノズル、タービンシステム用のノズルシステム、およびノズルアセンブリを含むタービンシステムを提供する。ノズルは、翼形部と、内側側壁と、外側側壁とを含む。内側側壁および外側側壁の各々は、正圧側スラッシュ面、負圧側スラッシュ面、前縁面、および後縁面を画定する周縁を含む。ノズルはまた、内側側壁の半径方向内側側面および外側側壁の半径方向外側側面の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材を含み得る。内側側壁の正圧側スラッシュ面、内側側壁の負圧側スラッシュ面、外側側壁の正圧側スラッシュ面、または外側側壁の負圧側スラッシュ面の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度に対して第１の角度で延びる第１の掃引表面と、公称スラッシュ面角度に対して第２の角度で延びる第２の掃引表面とを含む。特定の実施形態では、第１および第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列した接合線で交わる。他の実施形態では、第１および第２の掃引表面は、補強部材と円周方向に整列したピークを有する弧で交わる。掃引表面は、隣接するノズルスラッシュ面間に異なるギャップ距離を提供し、スラッシュ面の軸方向長さに沿った異なる高温歪みに対処する。補強部材と円周方向に整列した接合線または弧のピークの場所は、応力緩和を提供し、必要に応じて高温歪みに対応し、ノズル間の干渉を最小限に抑える。

【0023】

図１は、例示的なガスタービンシステム１０の概略図である。本開示のタービンシステム１０は、ガスタービンシステム１０である必要はなく、むしろ蒸気タービンシステムまたは他の適切なシステムなどの任意の適切なタービンシステム１０であってもよいことを理解されたい。ガスタービンシステム１０は、圧縮機セクション１２と、燃焼器セクション１４と、タービンセクション１６とを含むことができる。圧縮機セクション１２とタービンセクション１６は、シャフト１８によって結合され得る。シャフト１８は、単一のシャフト、またはシャフト１８を形成するように共に結合された複数のシャフトセグメントであってもよい。シャフトは、タービンシステム１０のタービン軸線ＴＡを画定する。

【0024】

当技術分野で一般的に知られているように、空気または別の適切な作動流体が、圧縮機セクション１２を通って流れ、圧縮される。次に、圧縮された作動流体は、燃焼器セクション１４に供給され、そこで燃料と組み合わされて燃焼され、高温の燃焼ガスを生成する。高温の燃焼ガスが燃焼器セクション１４を通って流れた後、それらはタービンセクション１６に流れ込み、タービンセクション１６を通って流れることができる。

【0025】

図２は、本開示による、タービンセクション１６の一部の一実施形態を示している。高温ガス経路２０が、タービンセクション１６内に画定され得る。シュラウド２２、ノズル２４、およびブレード２６などの様々な高温ガス経路構成要素は、高温ガス経路２０に少なくとも部分的に配置されてもよい。例えば、示すように、タービンセクション１６は、複数のブレード２６と、複数のノズル２４とを含むことができる。複数のブレード２６およびノズル２４の各々は、高温ガス経路２０に少なくとも部分的に配置され得る。さらに、複数のブレード２６および複数のノズル２４は、１つまたは複数の環状アレイに配置することができ、それらの各々は、高温ガス経路２０の一部を画定することができる。

【0026】

タービンセクション１６は、複数のタービン段を含み得る。各段は、環状アレイに配置された複数のノズル２４と、環状アレイに配置された複数のブレード２６とを含むことができる。例えば、一実施形態では、タービンセクション１６は、図２に示すように、３つの段を有し得る。例えば、第１段のタービンセクション１６は、第１段ノズルアセンブリ３１と、第１段ブレードアセンブリ３２とを含んでもよい。ノズルアセンブリ３１は、シャフト１８の周りに円周方向に配置および固定された複数のノズル２４を含み得る。ブレードアセンブリ３２は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され、シャフト１８に結合された複数のブレード２６を含み得る。

【0027】

第２段のタービンセクション１６は、第２段ノズルアセンブリ３３と、第２段ブレードアセンブリ３４とを含み得る。ノズルアセンブリ３３に含まれるノズル２４は、シャフト１８の周りに円周方向に配置および固定することができる。ブレードアセンブリ３４に含まれるブレード２６は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され、シャフト１８に結合され得る。したがって、第２段ノズルアセンブリ３３は、高温ガス経路２０に沿って、第１段ブレードアセンブリ３２と第２段ブレードアセンブリ３４との間に位置決めされる。

【0028】

第３段のタービンセクション１６は、第３段ノズルアセンブリ３５と、第３段ブレードアセンブリ３６とを含み得る。ノズルアセンブリ３５に含まれるノズル２４は、シャフト１８の周りに円周方向に配置および固定することができる。ブレードアセンブリ３６に含まれるブレード２６は、シャフト１８の周りに円周方向に配置され、シャフト１８に結合され得る。したがって、第３段ノズルアセンブリ３５は、高温ガス経路２０に沿って、第２段ブレードアセンブリ３４と第３段ブレードアセンブリ３６との間に位置決めされる。

【0029】

タービンセクション１６は３段に限定されず、むしろ任意の数の段が本開示の範囲および趣旨の範囲内にあることを理解されたい。本開示によるノズル２４、２２４（図１３の後者）は、タービンセクション１６内の構成要素に限定されないことを理解されたい。むしろ、ノズル２４、２２４は、タービンシステム１０の圧縮機セクション１２または任意の他の適切なセクションのための流路に少なくとも部分的に配置された構成要素であり得る。

【0030】

図３は、タービンシステム１０用のノズル２４の実施形態の側面斜視図を示し、図４は、図３のノズル２４の反転された側面斜視図を示す。図５は、図３の線Ｘ－Ｘに沿ったノズル２４の断面図を示し、図６は、図３の線Ｙ－Ｙに沿ったノズル２４の上面図を示す。

【0031】

例示的な実施形態では、ノズル２４は、タービンシステム１０のタービンセクション１６で利用され、したがってノズルアセンブリに含まれる。さらに、ノズル２４は、例示的な実施形態の第１段ノズル２４であり、したがって第１段ノズルアセンブリ３１で利用される。しかし、他の実施形態では、ノズル２４は、第２段ノズルアセンブリ３３で利用される第２段ノズル２４、第３段ノズルアセンブリ３５で利用される第３段ノズル２４、またはタービンセクション１６、圧縮機セクション１２などにおける任意の適切な段もしくは他のアセンブリで利用される任意の他の適切なノズルであり得る。

【0032】

示すように、本開示によるノズル２４は、翼形部４０と、内側側壁４２と、外側側壁４４とを含む。翼形部４０は、内側および外側側壁４２、４４の間に延び、それらに接続される。翼形部４０は、正圧側５２、負圧側５４、前縁５６、および後縁５８を画定する外部表面を含む。一般的に知られているように、正圧側５２および負圧側５４は各々、一般に、前縁５６と後縁５８との間に延びる。翼形部４０はさらに、先端６２と根元６４との間を画定し、それらの間に延びる。内側側壁４２は、先端６２で翼形部４０に接続され、外側側壁４４は、根元６４で接続される。

【0033】

論じたように、側壁４２、４４は、翼形部４０に接続される。いくつかの実施形態では、ノズル２４は、鋳造または付加製造などを通じて単一の一体型構成要素として形成され、したがって側壁４２、４４と翼形部４０が接続される。他の実施形態では、翼形部４０および側壁４２、４４は、別々に形成される。これらの実施形態では、翼形部４０と側壁４２、４４は、溶接、機械的締結、または他の方法で共に接続することができる。論じたように、各ノズル２４は、１つまたは複数の翼形部４０を含む。各翼形部４０は、側壁４２、４４の間に延び、それらに接続される。１つ（示すように）、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の翼形部４０がノズル２４に含まれ得るが、第１段ノズルについて本明細書に記載される例示的な単一体に対して、１つだけが示されている。

【0034】

さらに、論じたように、ノズル２４は、ノズルアセンブリ（例えば、第１段ノズルアセンブリ３１）としてノズル２４の環状アレイに含まれ得る。ノズルの環状アレイは、シャフト１８の周りに延び、すなわち、それらは流れを導くためにシャフト１８の周りに円周方向に固定される。本開示の実施形態は、製造およびメンテナンスを容易にし得る、４８個などの多い数ではなく、より少ない数のより大きなノズル、例えば、３６個のノズルを含むノズルアセンブリに特別な適用性を見出すことができる。この場合、各ノズル２４は、環状アレイの７°よりも大きく弧状に延びる側壁４２、４４を含み得る。一例では、第１段ノズルアセンブリ３１は、そのようなノズル２４を有する。本開示の実施形態は、より少ない数のスラッシュ面を有するより少ない数のノズルが使用される場合に大きくなり得る高温歪みの問題に対処するスラッシュ面を提供する。

【0035】

図３、および図５の断面図に示すように、内側側壁４２は、周縁７０を含む。周縁７０は、内側側壁４２の周辺を画定する。したがって、例示的な実施形態では、周縁７０は、ノズル２４の様々な表面に対応する様々な面を含み、それらを画定することができる。例えば、示すように、周縁７０は、正圧側スラッシュ面７２、負圧側スラッシュ面７４、前縁面７６、および後縁面７８を画定し得る。

【0036】

同様に、図３、および図６の上面図に示すように、外側側壁４４は、周縁８０を含む。周縁８０は、外側側壁４４の周辺を画定する。したがって、例示的な実施形態では、周縁８０は、ノズル２４の様々な表面に対応する様々な面を含み、それらを画定することができる。例えば、示すように、周縁８０は、正圧側スラッシュ面８２、負圧側スラッシュ面８４、前縁面８６、および後縁面８８を画定し得る。

【0037】

図３および図４の凡例および矢印によって示すように、各ノズル２４の各スラッシュ面７２、７４、８２、８４は、タービンシステムのタービン軸線ＴＡ、すなわち、ロータ軸線に対して公称スラッシュ面角度αで角度が付けられている。平面の場合、各スラッシュ面７２、７４、８２、８４の方向は、図面において線Ａによって示されている。本明細書で使用する場合、「公称スラッシュ面角度α」は、平面の場合、翼形部４０の重心を通って延びる、半径方向の翼形部スタッキング軸線（Ｒ_ＡＳＡ）で測定されたタービンシステムの軸線ＴＡに対する各スラッシュ面７２、７４、８２、８４の角度である。公称スラッシュ面角度は、各平面スラッシュ面に置き換えられる。タービンシステムに応じて、公称スラッシュ面角度αは、３０°～４０°であり得る。本明細書で説明するように、掃引スラッシュ面は、公称スラッシュ面角度αに対して角度が付けられている。

【0038】

図３を参照すると、各ノズル２４はまた、内側側壁４２の半径方向内側側面９２および外側側壁４４の半径方向外側側面９４の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材９０を含み得る。すなわち、補強部材９０は、内側側壁４２の半径方向内側側面９２および／または外側側壁４４の半径方向外側側面９４に円周方向に延びることができる。図４は、側面９２、９４の半径方向位置を逆にした、逆転または反転された位置にある図３を示していることに留意されたい。

【0039】

補強部材９０は、単一の部材または多数の部材を含み得る。補強部材９０は、それぞれ内側側壁４２および外側側壁４４の半径方向内側側面９２および／または半径方向外側側面９４に円周方向に延び、それが位置するそれぞれの側壁４２、４４を補強するより厚い材料を提供する任意の構造であり得る。補強部材９０は、側壁のすべてまたは側壁４２、４４の一部のみを横切って円周方向に延びることができる。補強部材９０は、単に補強材として提供され得るが、取り付けレールまたは軸方向荷重特徴として機能するなど、これらに限定されない他の機能も提供し得る。

【0040】

図５～図６に示すように、補強部材９０は、それぞれ内側側壁４２および／または外側側壁４４の前縁面７６、８６から後縁面７８、８８に向かって、翼弦軸方向長さ（ＣＬ）の５０％～１００％の間に位置する。すなわち、各補強部材９０は、それぞれの前縁面７６、８６よりもそれぞれの後縁面７８、８８に近い。別の実施形態では、補強部材９０は、それぞれ内側側壁４２および／または外側側壁４４の前縁面７６、８６から後縁面７８、８８に向かって、翼弦軸方向長さ（ＣＬ）の６０％～７５％の間に位置し得る。

【0041】

上で論じたように、ノズルの周縁が特異な平面、ドッグレッグ、または湾曲したスラッシュ面を有するとき、高温歪みは、隣接するノズル間のギャップを大きくする可能性がある。この問題に対処するために、図５～図１２に最もよく示される例示的な実施形態では、内側側壁４２の正圧側スラッシュ面７２、内側側壁４２の負圧側スラッシュ面７４、外側側壁４４の正圧側スラッシュ面８２、または外側側壁４４の負圧側スラッシュ面８４の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度αに対して第１の角度１０２で延びる第１の掃引表面１００と、公称スラッシュ面角度αに対して第２の角度１０６で延びる第２の掃引表面１０４とを含むことができる。第１の角度１０２は前方を向き、第２の角度１０６は後方を向いている。

【0042】

従来のドッグレッグプロファイルとは対照的に、第１の掃引表面１００および第２の掃引表面１０４は、補強部材９０と円周方向に整列した、すなわち、軸線ＴＡの周りの方向において接合線１１０で交わる。本明細書で使用する場合、「円周方向に整列した」とは、接合線１１０が、補強部材９０の軸方向範囲、例えば、図示のようにページを横切って左から右に延びる範囲の間で軸方向にあることを意味する。接合線１１０は、タービンシステム１０の軸線ＴＡに対して概して半径方向に延びることができる。このようにして、補強部材９０は、場合によってはスラッシュ面に存在する応力を緩和および／または吸収する。

【0043】

掃引表面１００、１０４は、線形であり得る。公称スラッシュ面角度αに対して、第１の角度１０２は０．１°～０．４°であり得、第２の角度１０６は０．１°～０．４°であり得る。公称スラッシュ面角度αが３０°～４０°であり得るので、掃引表面１００、１０４は、タービンシステム１０の軸線ＴＡから２９．６°～４０．４°であり得る。第１の角度１０２は、第２の角度１０６と同じであっても異なっていてもよい。タービンシステム１０（図１）の軸線ＴＡ（説明のためにシフトされている）が、図５～図１２に示されている。掃引表面１００、１０４を有する各スラッシュ面７２、７４、８２、８４の端部において、通常は平面スラッシュ面が側壁４２、４４のそれぞれの前縁７６、８６または後縁７８、８８に交わる場所からの距離は、例えば、０．０１０～０．０３０インチ（０．２５ミリメートル（ｍｍ）～０．７６ｍｍ）であり得る。すなわち、０．０１０～０．０３０インチの材料は、例えば、ミリングを介して、スラッシュ面７２、７４、８２、８４および側壁４２、４４の前縁または後縁面７６、８６、７８、８８の角で除去され、所望の角度１０２、１０６で掃引表面１００、１０４を形成することができる。

【0044】

掃引表面１００、１０４を含むスラッシュ面７２、７４、８２、８４は、多数の方法でそれらの配置を変えることができる。図３～図６に示す一例では、内側側壁４２の正圧側スラッシュ面７２および外側側壁４４の正圧側スラッシュ面８２は各々、第１の掃引表面１００および第２の掃引表面１０４を含む。対照的に、内側側壁４２の負圧側スラッシュ面７４および外側側壁４４の負圧側スラッシュ面８４は各々、単一の平面表面１１２を含む。したがって、図５および図６に示すように、スラッシュ面７２、８２は、平面スラッシュ面表面１１２を有する隣接するノズルの隣接するスラッシュ面７４、８４である。

【0045】

他の実施形態では、内側側壁４２の正圧側スラッシュ面７２、内側側壁４２の負圧側スラッシュ面７４（示されている）、外側側壁４４の正圧側スラッシュ面８２、または外側側壁４４の負圧側スラッシュ面８４の１つのみが、第１の掃引表面１００および第２の掃引表面１０４を含む。すなわち、内側側壁４２または外側側壁４４上の任意の単一のスラッシュ面７２、７４、８２、８４は、掃引表面１００、１０４を含み得る。例示すると、それぞれ図５および８に示すような内側および外側側壁４２、４４を有する例示的な実施形態では、掃引表面１００、１０４は、内側側壁４２の正圧側スラッシュ面７２（図５）上にのみ存在する。この実施形態では、外側側壁４４（図８）の両方のスラッシュ面８２、８４、ならびに内側側壁４２（図５）の負圧側スラッシュ面７４は、平面スラッシュ面１１２を有する。

【0046】

あるいは、内側および外側側壁４２、４４がそれぞれ図６および図７に示される通りである場合、掃引表面１００、１０４は、外側側壁４４（図６）の正圧側スラッシュ面８２上にのみ存在する。ここで、内側側壁４２（図７）の両方のスラッシュ面７２、７４、ならびに外側側壁４４の負圧側スラッシュ面８４は、平面スラッシュ面１１２を有する。別の例では、外側および内側側壁４４、４２がそれぞれ図８および図９に示される通りである場合、掃引表面１００、１０４は、内側側壁４２の負圧側スラッシュ面７４（図９）上にのみ存在する。ここで、外側側壁４４（図８）の両方のスラッシュ面８２、８４、ならびに内側側壁４２（図９）の正圧側スラッシュ面７２は、平面スラッシュ面１１２を有する。別の例では、内側および外側側壁４２、４４がそれぞれ図７および図１０に示される通りである場合、掃引表面１００、１０４は、外側側壁４４の負圧側スラッシュ面８４（図１０）上にのみ存在する。ここで、内側側壁４２（図７）の両方のスラッシュ面７２、７４、ならびに外側側壁４４（図１０）の正圧側スラッシュ面８２は、平面スラッシュ面１１２を有する。

【0047】

図８および図１１、ならびに図７および図１２に示す別の実施形態では、各ノズル２４上の１つの側壁のみが、その両方のスラッシュ面上に掃引表面１００、１０４を含む。すなわち、所与の側壁上の両方のスラッシュ面は、掃引表面１００、１０４を含み、他方の側壁は、平面スラッシュ面を有する。図８および図１１は、内側側壁４２の正圧側スラッシュ面７２と内側側壁４２の負圧側スラッシュ面７４の両方が掃引表面１００、１０４（図１１）を含み、同じノズル２４における外側側壁４４上の両方のスラッシュ面８２、８４が平面スラッシュ面１１２（図８）を含む一実施形態を示す。対照的に、図７および図１２に示すように、外側側壁４４の正圧側スラッシュ面８２と外側側壁４４の負圧側スラッシュ面８４の両方は、掃引表面１００、１０４（図１２）を含み、内側側壁４２上の両方のスラッシュ面７２、７４は、平面スラッシュ面１１２（図７）を含む。

【0048】

図１３～図２２は、掃引表面１００、１０４が交わる接合線１１０（例えば、図５参照）ではなく、弧２１０を用いる本開示の別の実施形態を示す。図１３は、タービンシステム１０用のノズル２２４の実施形態の側面斜視図を示し、図１４は、図１３のノズル２２４の反転された側面斜視図を示す。図１５は、図１３の線Ｘ－Ｘに沿ったノズル２２４の断面図を示し、図１６は、図１３の線Ｙ－Ｙに沿ったノズル２２４の上面図を示す。例示的な実施形態では、ノズル２２４は、ノズル２４に関して前述したように使用することができる。すなわち、ノズル２２４は、タービンシステム１０のタービンセクション１６で利用することができ、したがってノズルアセンブリ（例えば、図２に示すように、第１段ノズルアセンブリ３１）に含まれる。

【0049】

ノズル２２４は、ノズル２４と同様の構造を含み得る。例えば、ノズル２２４は、本明細書に記載されるように、翼形部４０と、内側側壁２４２と、外側側壁２４４とを含み得る。翼形部４０はまた、正圧側５２、負圧側５４、前縁５６、および後縁５８を画定する外部表面を含み得る。翼形部４０はまた、先端６２と、根元６４とを含む。ノズル２２４は、ノズル２４に関して説明したように形成することができる。論じたように、ノズル２２４は、ノズルアセンブリとしてノズル２２４の環状アレイに含まれ得る。ノズル２２４はまた、４８個などの多い数ではなく、より少ない数のより大きなノズル、例えば、３６個のノズルを含むノズルアセンブリに特別な適用性を見出すことができる。この場合、各ノズル２２４は、環状アレイの７°よりも大きく弧状に延びる側壁２４２、２４４を含み得る。一例では、第１段ノズルアセンブリ３１は、そのようなノズル２２４を有する。

【0050】

図１３、および図１５の断面図に示すように、内側側壁２４２は、内側側壁２４２の周辺を画定する周縁２７０を含む。したがって、例示的な実施形態では、周縁２７０は、ノズル２２４の様々な表面に対応する様々な面を含み、それらを画定することができる。例えば、示すように、周縁２７０は、正圧側スラッシュ面２７２、負圧側スラッシュ面２７４、前縁面２７６、および後縁面２７８を画定し得る。

【0051】

同様に、図１３、および図１６の上面図に示すように、外側側壁２４４は、周縁２８０を含む。周縁２８０は、外側側壁２４４の周辺を画定する。したがって、例示的な実施形態では、周縁２８０は、ノズル２２４の様々な表面に対応する様々な面を含み、それらを画定することができる。例えば、示すように、周縁２８０は、正圧側スラッシュ面２８２、負圧側スラッシュ面２８４、前縁面２８６、および後縁面２８８を画定し得る。

【0052】

各ノズル２２４はまた、内側側壁２４２の半径方向内側側面９２および外側側壁２４４の半径方向外側側面９４の少なくとも１つに円周方向に延びる補強部材９０を含み得る。すなわち、補強部材９０は、内側側壁２４２の半径方向内側側面９２および／または外側側壁２４４の半径方向外側側面９４に円周方向に延びることができる。図１４は、側面９２、９４を逆転した、図１３の逆転または反転された画像であることに留意されたい。補強部材９０は、本明細書で前述した通りであり得る。

【0053】

図１５～図１６に示すように、補強部材９０は、内側側壁２４２および／または外側側壁２４４の前縁面２７６、２８６から後縁面２７８、２８８に向かって、翼弦軸方向長さ（ＣＬ）の５０％～１００％の間に位置する。すなわち、各補強部材９０は、それぞれの前縁面２７６、２８６よりもそれぞれの後縁面２７８、２８８に近い。別の実施形態では、補強部材９０は、それぞれ内側側壁２４２および／または外側側壁２４４の前縁面２７６、２８６から後縁面２７８、２８８に向かって、翼弦軸方向長さ（ＣＬ）の６０％～７５％の間に位置し得る。

【0054】

内側側壁２４２の正圧側スラッシュ面２７２、内側側壁２４２の負圧側スラッシュ面２７４、外側側壁２４４の正圧側スラッシュ面２８２、または外側側壁２４４の負圧側スラッシュ面２８４の少なくとも１つは、公称スラッシュ面角度αに対して第１の角度１０２で延びる第１の掃引表面１００と、公称スラッシュ面角度αに対して第２の角度１０６で延びる第２の掃引表面１０４とを含むことができる。前の実施形態のプロファイルとは対照的に、第１の掃引表面１００および第２の掃引表面１０４は、補強部材９０と円周方向に整列した、すなわち、タービン軸線ＴＡの周りの方向おいてピークを有する弧２１０で交わる。本明細書で使用する場合、「円周方向に整列した」とは、弧２１０のピークが、補強部材９０の軸方向範囲、例えば、図示のようにページを横切って左から右に延びる範囲の間で軸方向にあることを意味する。弧２１０のピークは、タービンシステム１０のタービン軸線ＴＡに対して概して半径方向に延びることができる。このようにして、補強部材９０は、場合によっては存在する応力を緩和および／または吸収する。弧２１０は、ミリングによって形成され得、自由形状であり得るか、または特定の形状を満たすように構成され得る。

【0055】

掃引表面１００、１０４は、弧２１０以外では線形であり得る。公称スラッシュ面角度αに対して、第１の角度１０２は０．１°～０．４°であり得、第２の角度は０．１°～０．４°であり得る。公称スラッシュ面角度αは、図３～図１２に関して説明したものと同じである（図１３および図１４の凡例参照）。公称スラッシュ面角度αが３０°～４０°であり得るので、掃引表面１００、１０４は、タービンシステム１０の軸線ＴＡから２９．６°～４０．４°であり得る。第１の角度１０２は、第２の角度１０６と同じであっても異なっていてもよい。弧２１０は、表面１００、１０４の混合を可能にする、任意の所望の半径を有することができる。掃引表面１００、１０４を有する各スラッシュ面２７２、２７４、２８２、２８４の端部において、通常は平面スラッシュ面が側壁２４２、２４４のそれぞれの前縁面または後縁面２７６、２８６、２７８、２８８に交わる場所からの距離は、例えば、０．０１０～０．０３０インチ（０．２５ミリメートル（ｍｍ）～０．７６ｍｍ）であり得る。すなわち、０．０１０～０．０３０インチの材料は、例えば、ミリングを介して、スラッシュ面２７２、２７４、２８２、２８４および側壁２４２、２４４の前縁面２７６、２８６または後縁面２７８、２８８の角で除去され、所望の角度１０２、１０６で掃引表面１００、１０４を形成することができる。

【0056】

図５～図１２に関して本明細書に記載されるように、弧２１０で交わる掃引表面１００、１０４を含むスラッシュ面２７２、２７４、２８２、２８４は、変化し得る。図１３～図２２は、図５～図１２のものと同様の配置を示しているが、接合線１１０ではなく弧２１０を含んでいる。図１５および図１６に示す一例では、内側側壁２４２の正圧側スラッシュ面２７２と外側側壁２４４の正圧側スラッシュ面２８２の両方は、第１の掃引表面１００および第２の掃引表面１０４を含む。対照的に、内側側壁２４２の負圧側スラッシュ面２７４および外側側壁４４の負圧側スラッシュ面８４の各々は、単一の平面表面１１２を含む。したがって、図１５および図１６に示すように、スラッシュ面２７２、２８２は、平面スラッシュ面表面１１２を有する隣接するノズル２２４の隣接するスラッシュ面２７４、２８４である。

【0057】

図１５～図２０を参照して示される他の実施形態では、内側側壁２４２の正圧側スラッシュ面２７２、内側側壁２４２の負圧側スラッシュ面２７４、外側側壁２４４の正圧側スラッシュ面２８２、または外側側壁２４４の負圧側スラッシュ面２８４の１つのみが、第１の掃引表面１００および第２の掃引表面１０４を含む。すなわち、内側側壁２４２または外側側壁２４４上の任意の単一のスラッシュ面２７２、２７４、２８２、２８４は、掃引表面１００、１０４を含み得る。例示すると、内側および外側側壁２４２、２４４がそれぞれ図１５および図１８に示されるような一実施形態では、掃引表面１００、１０４は、内側側壁２４２の正圧側スラッシュ面２７２（図１５）上にのみ存在する。この実施形態では、外側側壁２４４（図１８）の両方のスラッシュ面２８２、２８４、ならびに内側側壁２４２（図１５）の負圧側スラッシュ面２７４は、平面スラッシュ面１１２を有する。

【0058】

別の例では、外側および内側側壁２４４、２４２がそれぞれ図１６および図１７に示される通りである場合、掃引表面１００、１０４は、外側側壁２４４の正圧側スラッシュ面２８２（図１６）上にのみ存在する。ここで、内側側壁２４２（図１７）の両方のスラッシュ面２７２、２７４、ならびに外側側壁２４４（図１６）の負圧側スラッシュ面２８４は、平面スラッシュ面１１２を有する。別の例では、外側および内側側壁２４４、２４２がそれぞれ図１８および図１９に示される通りである場合、掃引表面１００、１０４は、内側側壁２４２の負圧側スラッシュ面２７４（図１９）上にのみ存在する。ここで、外側側壁２４４（図１８）の両方のスラッシュ面２８２、２８４、ならびに内側側壁２４２（図１９）の正圧側スラッシュ面２７２は、平面スラッシュ面１１２を有する。最終例では、内側および外側側壁２４２、２４４がそれぞれ図１７および図２０に示される通りである場合、掃引表面１００、１０４は、外側側壁２４４の負圧側スラッシュ面２８４（図２０）上にのみ存在する。ここで、内側側壁２４２（図１７）の両方のスラッシュ面２７２、２７４、ならびに正圧側スラッシュ面２８２（図２０）は、平面スラッシュ面１１２を有する。

【0059】

図１８および図２１、ならびに図１７および図２２によって示される別の実施形態では、各ノズル２２４上の１つの側壁のみが、両方のスラッシュ面上に掃引表面１００、１０４を含む。すなわち、所与の側壁上の両方のスラッシュ面は、掃引表面１００、１０４を含み、他方の側壁は、平面スラッシュ面を有する。図１８および図２１は、内側側壁２４２の正圧側スラッシュ面２７２と内側側壁２４２の負圧側スラッシュ面２７４の両方が掃引表面１００、１０４（図２１）を含み、同じノズル２２４上の外側側壁２４４が平面スラッシュ面２８２、２８４（図１８）を含む一実施形態を示す。対照的に、図１７および図２２に示すように、外側側壁２４４の正圧側スラッシュ面２８２と外側側壁２４４の負圧側スラッシュ面２８４の両方は、掃引表面１００、１０４（図２２）を含み、同じノズル２２４上の内側側壁２４２は、平面スラッシュ面２７２、２７４（図１７）を含む。

【0060】

掃引表面１００、１０４は、配置に関係なく、タービンシステムに取り付けられたとき、隣接するノズル２４、２２４のスラッシュ面間に不均一なギャップ距離ＧＤ（図５のみ）を形成する。不均一なギャップ距離ＧＤは、特定のノズル２４、２２４および／またはノズル段に合わせてカスタマイズし、あらゆる高温歪みに対応することができる。いずれにせよ、掃引表面１００、１０４は、各ノズル２４、２２４がより硬く、高温歪みが起こりにくい場所、すなわち、側壁がその元の形状に対して最小限にしか成長またはたわまない場所に有利に位置する。補強部材９０は、各ノズル２４、２２４上で円周方向に延び、補強部材９０のないエリアと比較して剛性を増加させ、その結果、補強部材９０に近接するか、またはそれと整列したエリアでは最小量の翼弦のたわみしか観察されない。

【0061】

対照的に、側壁４２、４４、２４２、２４４がそれほど硬くない場合、隣接するノズル２４、２２４のスラッシュ面からの距離がより大きい掃引表面１００、１０４を介してより大きい距離が提供される。その結果、ノズル間の干渉を防ぐために必要な場合、側壁４２、４４、２４２、２４４の高温歪み、すなわち、成長、たわみ、熱膨張、または他の構造的シフトに対応するために追加のギャップスペースが提供され、高温歪みがノズル間の干渉を引き起こす可能性が低い場合、より小さいギャップスペースが提供される。

【0062】

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、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」、および「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。少なくともいくつかの例では、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ことができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、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、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。

【0063】

以下の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また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、および均等物は、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、または動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの修正および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態の本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、本実施形態を選択し、かつ説明した。

【符号の説明】

【0064】

１０ ガスタービンシステム
１２ 圧縮機セクション
１４ 燃焼器セクション
１６ タービンセクション
１８ シャフト
２０ 高温ガス経路
２２ シュラウド
２４ ノズル
２６ ブレード
３１ 第１段ノズルアセンブリ
３２ 第１段ブレードアセンブリ
３３ 第２段ノズルアセンブリ
３４ 第２段ブレードアセンブリ
３５ 第３段ノズルアセンブリ
３６ 第３段ブレードアセンブリ
４０ 翼形部
４２ 内側側壁
４４ 外側側壁
５２ 正圧側
５４ 負圧側
５６ 前縁
５８ 後縁
６２ 先端
６４ 根元
７０ 周縁
７２ 正圧側スラッシュ面
７４ 負圧側スラッシュ面
７６ 前縁面／前縁
７８ 後縁面／後縁
８０ 周縁
８２ 正圧側スラッシュ面
８４ 負圧側スラッシュ面
８６ 前縁面／前縁
８８ 後縁面／後縁
９０ 補強部材
９２ 半径方向内側側面
９４ 半径方向外側側面
１００ 第１の掃引表面
１０２ 第１の角度
１０４ 第２の掃引表面
１０６ 第２の角度
１１０ 接合線
１１２ 単一の平面表面／平面スラッシュ面
２１０ 弧
２２４ ノズル
２４２ 内側側壁
２４４ 外側側壁
２７０ 周縁
２７２ 正圧側スラッシュ面
２７４ 負圧側スラッシュ面
２７６ 前縁面
２７８ 後縁面
２８０ 周縁
２８２ 正圧側スラッシュ面
２８４ 負圧側スラッシュ面
２８６ 前縁面
２８８ 後縁面
ＣＬ 翼弦軸方向長さ
ＧＤ 不均一なギャップ距離
ＴＡ タービン軸線
Ｒ_ＡＳＡ 半径方向の翼形部スタッキング軸線
α 公称スラッシュ面角度

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】