JP2008169839A

JP2008169839A - タービンノズルアセンブリの製造方法及び装置

Info

Publication number: JP2008169839A
Application number: JP2008000883A
Authority: JP
Inventors: Graham David Sherlock; グラハム・デイヴィッド・シャーロック; Christopher Edward Thompson; クリストファー・エドワード・トンプソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2008-07-24
Also published as: CN101221033B; CH701574B1; US20080166229A1; CN101221033A; US8671585B2; DE102008003413A1; US8051564B2; US20120023746A1

Abstract

【課題】タービンノズルアセンブリ（１３０）に用いられるノズルセグメント（１３４）製造用の検査ツール（２００）を提供する。
【解決手段】本検査ツール（２００）は、アライメントプレート（２０２）と、アライメントプレートに結合した位置決めプレート（２０４）とを含み、アライメントプレートは、検査すべきノズルセグメント（１３４）上に画成されるトランジションピース溝（１２２）の所望のアライメントに対応する所定の位置でアライメントプレートを貫通する１以上の開口（２０８、２０９）を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、総括的にはタービンノズルアセンブリに関し、より具体的には、タービンノズルアセンブリを組立てるための方法及び装置に関する。

公知のタービンエンジンノズルアセンブリは、燃料空気混合気を燃焼させる燃焼器を含み、燃焼混合気は次に、トランジションピースを通してタービンの前面に位置するタービンノズルアセンブリに送られる。幾以上かの公知のタービンノズルアセンブリは、円周方向に配置された複数のアーチ形ノズルセグメントを含む。幾つかの公知のタービンノズルセグメントは、一体形に形成された内側及び外側バンドプラットフォームによって結合された複数の円周方向に間隔を置いて配置された中空の翼形ベーンを含む。そのようなノズルアセンブリでは、内側及び外側バンドは各々、トランジションピース溝を含み、このトランジションピース溝は、トランジションピースをシーリング構成（シール状態）でタービンノズルに結合することができる。

タービンノズルアセンブリの製造は一般に、複数のノズルセグメントを互いに円周方向に結合して環状ノズルアセンブリリングを形成する段階を含む。より具体的には、公知のタービンノズルアセンブリでは、ノズルアセンブリ全体が組立てられるまで、ノズルセグメントの何れか内の欠陥も知ることができない。さらに、ノズルセグメントの製造時に、トランジションピース溝を含む内側及び外側バンドの部分は、例えば様々なノズルセグメントの部分の溶接時に変形を生じるおそれがある。そのような変形は、ノズルセグメントの全てがノズルアセンブリ内で所定の位置に組立てられるまで明確には検出することができない。溝の何れかが変形を生じた場合には、ノズルアセンブリは、トランジションピースと正確に位置合わせすることができない。
米国特許第７０１７４３１号明細書米国特許第６９３１７５１号明細書米国特許第６９２１２４６号明細書米国特許第６８８６４２２号明細書米国特許第６５４７２５７号明細書米国特許第５６２８１９３号明細書米国特許第５１２５７９６号明細書米国特許第３９６３８９４号明細書米国特許第３９２０９４７号明細書

一つの態様では、タービンノズルアセンブリ内部で使用するためのノズルセグメントの製造方法を提供する。本方法は、外側バンド、内側バンド及びそれらの間で延びる１以上のベーンを含みかつ内側バンド及び外側バンドの１以上にその中に画成されたトランジションピース溝が形成されたノズルセグメントを準備する段階と、検査ツールがノズルセグメントに整列するように１以上の基準点を使用してノズルアセンブリと接触状態で検査ツールを配置する段階と、検査ツールを使用して各トランジションピース溝のアライメントを検証する段階とを含む。

別の態様では、タービンノズルアセンブリに用いられるノズルセグメント製造用の検査ツールを提供する。本検査ツールは、アライメントプレートと、アライメントプレートに結合した位置決めプレートとを含み、アライメントプレートは、検査すべきノズルセグメント上に画成されるトランジションピース溝の所望のアライメントに対応する所定の位置でアライメントプレートを貫通する１以上の開口を含む。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジン用のタービンノズルアセンブリを組立てる方法を提供する。本方法は、その各々が外側バンド、内側バンド及びそれらの間で延びる１以上のベーンを含みかつ各ノズルセグメント上の内側バンド及び外側バンドの１以上がその中に画成されたトランジションピース溝を含む複数のノズルセグメントを準備する段階と、ノズルセグメントと接触状態で検査ツールを配置して各トランジションピース溝のアライメントを検証する段階と、複数のノズルセグメントを互いに円周方向に結合してノズルアセンブリを形成する段階とを含む。

図１は、例示的なガスタービンエンジン１００の概略断面図である。この例示的な実施形態では、エンジン１００は、圧縮機アセンブリ１０２、燃焼器アセンブリ１０４、タービンアセンブリ１０６及び圧縮機／タービンロータシャフト１０８を含む。エンジン１００は単なる例示であり、本発明は、エンジン１００に限定されるものではなく、代わりにあらゆるタービンエンジンで使用する部品の製造に使用することができることに留意されたい。

運転時に、空気は、圧縮機アセンブリ１０２を通って流れ、加圧された空気が燃焼器アセンブリ１０４に吐出される。燃焼器アセンブリ１０４は、例えば天然ガス及び／又は燃料油などの燃料を空気流内に噴射し、燃料−空気混合気に点火して燃焼により燃料−空気混合気を膨張させ、高温燃焼ガスストリーム１１４を発生する。燃焼器アセンブリ１０４は、タービンアセンブリ１０６と流れ連通状態になっている。発生した燃焼ガス１１４は、燃焼器１０４からタービンアセンブリ１０６に向けて送られる。

図２は、エンジン１００（図１に示す）で使用することができるトランジションピース１２０及びタービンアセンブリ１３０の一部分の拡大断面図である。図３は、図２に示すタービンノズルアセンブリ１３０内で使用することができるタービンノズルセグメント１３４の斜視図である。この例示的な実施形態では、トランジションピース１２０は、燃焼器アセンブリ１０４及びタービンノズルアセンブリ１３０と流れ連通状態で結合される。より具体的には、トランジションピース１２０は、上流端部１１６及び下流端部１１８を含む中空構造体である。上流端部１１６は、燃焼器アセンブリ１０４に結合し、また下流端部１１８は、トランジションピース溝１２２を使用してタービンノズルセグメント１３４（以下にさらに詳細に説明するような）に結合される。この例示的な実施形態では、タービンノズルセグメント１３４は、半径方向内側バンド１２４、半径方向外側バンド１２６、内側及び外側バンド１２４及び１２６間で延びる１以上の翼形ベーン１２８、及び後方フランジ１３２を含む。この例示的な実施形態では、後方フランジ１３２は、アライメントピンスロット１４４を含む。内側及び外側バンド１２４及び１２６はまた、前方面１３８及び後方面１４０を含む。さらに、この例示的な実施形態では、各前方面１３８には、トランジションピース溝１２２が形成され、また各前方面１３８は、複数の基準点１４２（以下にさらに詳細に説明するような）を含む。具体的には、この例示的な実施形態では、各トランジションピース溝１２２は、半径方向内壁によって少なくとも部分的に画成される。

トランジションピース溝１２２は、トランジションピース１２０をタービンノズルアセンブリ１３０に対してシーリング構成で結合することができる。複数のノズルセグメント１３４は、互いに円周方向に結合してノズルアセンブリ１３０を形成して、トランジションピース溝１２２がノズルアセンブリ１３０を円周方向に横切って延びるようになる。トランジションピースの下流端部１１８は、トランジションピース溝１２２内に挿入されて、トランジションピース１２０をノズルアセンブリ１３０に結合することができる。具体的には、下流端部１１８は、シーリング構成でトランジションピース溝１２２に結合する。この例示的な実施形態では、下流端部１１８は、溝シール１１９によってトランジションピース溝１２２に結合する。別の実施形態では、下流端部１１８は、それに限定されないが、ろう付け又は溶接法を含むあらゆる公知の結合方法を使用してトランジションピース溝１２２に結合することができる。

運転時に、燃焼ガス１１４は、燃焼器アセンブリ１０４からトランジションピース１２０を通って流れ、タービンノズルアセンブリ１３０及びタービンアセンブリ１０６に向けて送られる。高温燃焼ガス１１４は、タービンアセンブリ１０６に回転エネルギーを与え、タービンアセンブリ１０６はロータ１０８に回転可能に結合しているので、ロータ１０８は、続いて圧縮機アセンブリ１０２に回転出力を供給する。

図４は、ノズルアセンブリ１３０に用いられるノズルセグメント１３４のようなタービン部品を製造するのに使用することができる検査ツール２００の斜視図である。図５は、ノズルセグメント１３４の製造の検査段階時に、タービンノズルセグメント１３４に対して所定の位置に結合した検査ツール２００の平面図である。この例示的な実施形態では、検査ツール２００は、アライメントプレート２０２、位置決めプレート２０４、構造的支持プレート２０６及び結合部材２１６を含む。さらに、この例示的な実施形態では、アライメントプレート２０２は、第１の端部２２８において位置決めプレート２０４に結合して、アライメントプレート２０２が、位置決めプレート２０４から実質的に垂直に延びるようになる。具体的には、この例示的な実施形態では、結合部材２１６は、第１の端部２２８に沿ってアライメントプレート２０２と位置決めプレート２０４との間に支持を与えるように結合する。構造的支持プレート２０６は、ツール２００の支持端部２３０においてアライメントプレート２０２及び位置決めプレート２０４に結合する。具体的には、支持プレート２０６は、プレート２０２及び２０４を互いに固定して、プレート２０２及び２０４間の相対的アライメント（整列状態）を維持することができる。

この例示的な実施形態では、アライメントプレート２０２は、半径方向外側開口２０８、半径方向内側開口２０９、複数のアライメントプレート基準点ロケータ２１０、内表面２１８及び外表面２２０を含む。具体的には、この例示的な実施形態では、３つの基準点ロケータ２１０は、アライメントプレート２０２上の内表面２１８から内向きに距離Ｄだけ延びる。より具体的には、各ロケータ２１０は、内表面２１８から離れる方向に同一距離だけ延びる。それに代えて、１以上のロケータ２１０は、表面２１８から離れる方向に、残りのロケータ２１０が表面２１８から延びる距離とは異なる距離だけ延びることができる。ロケータ距離Ｄは、タービンノズルセグメント１３４に対して、より具体的には以下に詳細に説明するようにノズルセグメント内側及び外側バンド面１３８に対して、アライメントプレート２０２を整列状態で配置できるように選択される。

各開口２０８及び２０９は、それぞれ曲率半径Ｒ１及びＲ２を有し、これらの曲率半径は、公称タービンノズルセグメント上に画成されるトランジションピース溝の公称曲率半径に対応する。さらに、各開口２０８及び２０９は、開口２０８及び２０９の湾曲プロフィールの一部分を画成する複数の段階状段部２２２を含む。具体的には、段部２２２は、公称曲率半径から０．００５インチ増分で最大±０．３０インチまでオフセットしている。さらに、この例示的な実施形態では、段部２２２は、開口２０８の半径方向内側部２０７及び開口２０９の半径方向外側部２１１内に画成される。

位置決めプレート２０４は、内表面２３４、外表面２３２，複数の位置決めプレート基準点ロケータ２１２及び１以上のアライメントピン２１４を含む。この例示的な実施形態では、位置決めプレート２０４は、２つの基準点ロケータ２１２と１つのアライメントピン２１４とを含む。別の実施形態では、プレート２０４は、プレート２０４が本明細書に記載したように機能し得るあらゆる数のロケータ２１２及び／又はアライメントピン２１４を含むことができる。さらに、この例示的な実施形態では、位置決めプレート２０４の外表面２３２に、ハンドル２２６が結合される。さらに、この例示的な実施形態では、アライメントプレート２０２及び構造的支持プレート２０６は各々、ツール２００の減量用の孔２２４を含む。

運転時に、検査ツール２００は、検査すべきタービンノズルセグメント１３４上に画成されるトランジションピース溝１２２の曲率半径を視覚的に検証するために使用される。検査ツール２００は、位置決めプレート基準点ロケータ２１０が内側及び外側バンド１２４及び１２６の前方面１３８と接触状態で配置されるように、タービンノズルセグメント１３４に対して所定の位置に結合する。より具体的には、基準点ロケータ２１０は各々、各ノズルセグメント１３４上に定められた等しい数の対応する基準点１４２と接触するような寸法及び配向にされる。より具体的には、ノズルセグメント１３４上に定められた基準点に対して基準点ロケータ２１０が正確に配置された時に、位置決めプレート２０４は、外側バンド１２６の半径方向外壁１４６に対して配置される。さらに、ツール２００がノズルセグメント１３４に対して正しく整列した時に、アライメントピン２１４は、アライメントピンスロット１４４内に挿入されて、ノズルセグメント１３４に対するツール２００の横方向移動が実質的に防止される。

この例示的な実施形態では、検査すべきノズルセグメント１３４に対してツール２００が正確に配置された時に、アライメントプレート基準点ロケータ２１０は、内側及び外側バンド１２４及び１２６の前方面１３８上の３つの基準点１４２と整列する。具体的には、この例示的な実施形態では、外側バンド１２６上に２つの基準点１４２が設置され、また内側バンド１２４上に１つの基準点１４２が設置される。アライメントプレート２０２は、基準点ロケータ２１０がノズルセグメント１３４内に定められたそれぞれの基準点１４２と接触状態になっている時に、内側及び外側バンド１２４及び１２６の前方面１３８によって定まる平面に対して実質的に平行である。さらに、位置決めプレート基準点ロケータ２１２は、外側バンド１２６上に定められた２つの基準点１４２に対して整列する。従って、位置決めプレート２０４は、両方の位置決めプレート基準点ロケータ２１２がノズルセグメント１３４上に定められたそれぞれの基準点１４２に対して接触状態で配置された時に、またアライメントピン２１４がスロット１４４内に挿入された時に、内側及び外側バンド１２４及び１２６の前方面１３８によって定まる平面に対して実質的に垂直である。基準点ロケータ２１０及び２１２は、検査すべき各ノズルセグメント１３４に対して検査ツール２００が正しく整列することを保証できる。

タービンノズルセグメント１３４に対してツール２００が所定の位置に結合した時に、トランジションピース溝１２２の曲率半径は、開口２０８及び２０９と段部２２２とを使用することによって視覚的に検証される。具体的には、個々の検査ノズルセグメント１３４は、開口２０８及び２０９を通して注視して、ツール２００の真下に位置したノズルセグメント１３４上に画成されるそれぞれのトランジションピース溝１２２と何れの段部２２２が整列しているかを判定することによって、ノズルセグメント１３４上に画成される各トランジションピース溝１２２の相対的位置及び曲率半径を視覚的に検証する。ツール２００は、トランジションピース溝１２２が全く変形していないか又はそれぞれのノズルセグメントを不良品にする程度まで変形しているか否かをユーザが判断することができる。

上記の検査ツールにより、タービンエンジン内でのノズルアセンブリの組立てに先立ってノズルセグメント溝の整列状態を検証することができる。ノズルセグメント上のトランジションピース溝の変形の早期検出は、そのノズルセグメントがノズルアセンブリの組立てに使用されるのを防止できる。その結果、本検査ツールにより、ノズルアセンブリの最終組立ての前にトランジションピース溝の不良を視覚的に検出できることによって、製造時間及びコストを節約することができる。

以上、タービンエンジン用の検査ツールの例示的な実施形態について詳細に説明している。本検査ツールは、本明細書に記載した特定のタービンノズルセグメントでの使用に限定されるものではなく、むしろ、本検査ツールは、本明細書に記載したその他のノズル部品から独立してかつ別個に利用することができる。さらに、本発明は、詳細に上述したノズルセグメントの実施形態に限定されるものではない。むしろ、他の様々な検査ツールの実施形態は、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内で利用することができる。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には分かるであろう。

例示的なタービンエンジンの断面図。図１に示すタービンエンジンで使用するトランジションピース及びタービンノズルアセンブリの拡大図。図２に示すタービンノズルアセンブリで使用することができるタービンノズルセグメントの斜視図。図２に示すノズルアセンブリのようなノズルアセンブリの製造に使用することができる検査ツールの下面の斜視図。図２に示すノズルアセンブリのようなタービンノズルセグメントに対して配置した、図４に示す検査ツールの平面図。

符号の説明

１００エンジン
１０２圧縮機アセンブリ
１０４燃焼器アセンブリ
１０６タービンアセンブリ
１０８ロータシャフト
１１４燃焼ガス
１１６上流端部
１１８下流端部
１１９溝シール
１２０トランジションピース
１２２トランジションピース溝
１２４内側バンド
１２６外側バンド
１２８翼形ベーン
１３０タービンノズルアセンブリ
１３２後部フランジ
１３４ノズルセグメント
１３６内壁
１３８前方面
１４０後方面
１４２基準点
１４４アライメントピンスロット
１４６外壁
２００検査ツール
２０２アライメントプレート
２０４位置決めプレート
２０６支持プレート
２０７内側部
２０８開口
２０９開口
２１０基準点ロケータ
２１１外側部
２１２基準点ロケータ
２１４アライメントピン
２１６結合部材
２１８内表面
２２０外表面
２２２段階状段部
２２４孔
２２６ハンドル
２２８第１の端部
２３０支持端部
２３２外表面
２３４内表面

Claims

タービンノズルアセンブリ（１３０）に用いられるノズルセグメント（１３４）製造用の検査ツール（２００）であって、当該検査ツールが、
アライメントプレート（２０２）と、
アライメントプレートに結合した位置決めプレート（２０４）と
を備えており、上記アライメントプレートが、検査すべきノズルセグメント（１３４）上に画成されるトランジションピース溝（１２２）の所望のアライメントに対応する所定の位置でアライメントプレートを貫通する１以上の開口（２０８、２０９）を含む、
ツール（２００）。
アライメントプレート（２０２）が、アライメントプレートから延びかつツールをノズルセグメント（１３４）と整列して位置決めするように構成された３以上の基準点ロケータ（２１０）をさらに含む、請求項１記載のツール（２００）。
アライメントプレート（２０２）が、ノズルセグメント（１３４）の外側バンド（１２６）上に定められた２以上の基準点に対応する２以上の基準点ロケータ（２１２）と、内側バンド（１２４）上に定められた１以上の基準点に対応する１以上の基準点ロケータとをさらに含む、請求項１記載のツール（２００）。
位置決めプレート（２０４）が、ノズルセグメント（１３４）上に定められた２以上の基準点に対応する２以上の基準点ロケータ（２１２）を含む、請求項１記載のツール（２００）。
１以上の開口（２０８、２０９）が、複数の段部（２２２）を含む開口端縁部によって画成される、請求項１記載のツール（２００）。
位置決めプレート（２０４）が、１対の基準点ロケータ（２１２）間の実質的に中央に置かれたアライメントピン（２１４）を含む、請求項１記載のツール（２００）。
ツールが、ハンドル（２２６）をさらに含む、請求項１記載のツール（２００）。