JP4385660B2

JP4385660B2 - タービンシュラウドの回り止め構造

Info

Publication number: JP4385660B2
Application number: JP2003175908A
Authority: JP
Inventors: 武史川本; 伸也田尾
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005009429A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンのタービン動翼を囲むタービンシュラウドの回り止め構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンは、空気圧縮機により空気を圧縮し、燃焼器で圧縮空気中で燃料を燃焼させ、燃焼ガスでタービンを駆動し、この駆動力により空気圧縮機等を駆動するようになっている。
ガスタービンは、その作動温度を高めるほど効率が向上する。そのため、従来からタービン動翼と、これを囲むタービンシュラウド及びタービンケーシングを冷却してガスタービンを高温作動させることにより、効率向上が図られている。
【０００３】
従来のガスタービンのシュラウド構造は、特許文献１、２、３等に開示されている。
【０００４】
特許文献１の「シュラウド支持構造」は、図３に示すように、半径方向内方に位置するシュラウド５１を支持するとともに冷却空気プレナムを部分的に画成する支持構体５２を有するタイプのシュラウド支持装置において、支持構体５２に有孔衝突バッフル５３を取付けて、冷却空気プレナムの残りの部分を画成するとともに、冷却空気をシュラウド５１に衝突させ得るようにしたものである。
【０００５】
特許文献２の「ガスシール装置を備えたタービンシュラウド」は、図４に示すように、タービンシュラウドが、周方向に延びる複数のシュラウドセグメント６２と、シュラウドセグメント間の隙間をシールするガスシール装置とからなり、ガスシール装置は、隣接するシュラウドセグメント６２の両端面に挿入された主シール部材６３と補助シール部材６４とからなり、主シール部材６３は、タービンシュラウドのほぼ全体にわたって軸方向に延び、補助シール部材６４は、内端が主シール部材に接し外端がタービンケーシング６５に接するように半径方向に延びているものである。
【０００６】
特許文献３の「ガスタービン静翼の支持構造」は、図５に示すように、ロータ周囲に配置された複数の静翼７１に対向する車室７２の壁に、同車室を貫通する穴をそれぞれ設け、同穴には同車室外から車室内空間を通って嵌入されると共に内部には外側シュラウド７３及び静翼７１に蒸気を供給し、同シュラウド及び静翼を冷却した蒸気を回収する通路を有する円柱７４を設けてなる蒸気冷却方式のガスタービン静翼の支持構造において、前記車室７２は前記円柱の嵌入する穴の中心線を通って円周方向に輪切り状に２分割可能に固定されているものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５４−１５９５１６号公報
【特許文献２】
特開平９−３２９００３号公報
【特許文献３】
特開平１１−３６８０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年のジェットエンジン開発に要求される性能向上や環境への配慮の必要性から、冷却空気量の削減は、エンジン重量の削減とともに重要な課題である。
【０００９】
特許文献１、２に開示されているように、タービンシュラウドは、周方向に延びる複数のシュラウドセグメントからなり、これを囲むリング形状のシュラウドサポートの内側に取り付けられる。
この場合、シュラウドセグメントがシュラウドサポートの内面に沿って周方向に移動するのを防止するため、タービンシュラウドの回り止め構造が必要となる。
【００１０】
従来使用されているタービンシュラウドの回り止め構造は、図６に示すように、切り欠き構造を適用していた。この構造は、シュラウドサポート７２の一部に軸方向に延びる溝７２ａを設け、シュラウドセグメント７３に設けた突起部７３ａをこの溝７２ａと嵌合させることによりシュラウドセグメントの周方向移動を防止するものである。
【００１１】
しかし、切り欠き構造の場合、シュラウドサポートに設ける溝７２ａは、加工の困難性のため貫通溝となる。また、運転時にシュラウドセグメント７３は冷却空気の圧力で内方に押し付けられ、かつ高温で熱膨張する。このため、シュラウド回り止め部（Ａ部）の溝外周部にシュラウド内外面を連通する隙間が生じ、冷却空気の漏れ量が大きい問題点があった。またこの冷却空気漏れ量は加工公差や熱膨張量が影響するため正確には予測できなかった。
【００１２】
本発明は、上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、運転時にシュラウドセグメントが冷却空気の圧力で内方に押し付けられ、かつ高温で熱膨張しても、シュラウド内外面を連通する隙間ができず、冷却空気の漏れ量を低く抑えることができ、かつ加工が容易なタービンシュラウドの回り止め構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、タービン動翼を囲み周方向に密接して延びる複数のシュラウドセグメントと、該シュラウドセグメントを囲むリング形状の単一のシュラウドサポートと、前記シュラウドセグメントとシュラウドサポートの両方に嵌合しシュラウドセグメントの周方向の移動を阻止する軸方向の回り止めピンとを備え、
前記シュラウドサポートは、シュラウドセグメントの一端部が軸方向に隙間なく嵌合しかつ周方向に延びる周方向溝と、シュラウドセグメントの他端部が軸方向内面に隙間なく嵌合しかつ周方向に延びるリング部とを有し、
前記回り止めピンと嵌合するシュラウドセグメント及びシュラウドサポートの凹部は、シュラウドセグメントの他端部とシュラウドサポートのリング部の嵌合面に互いに整合して設けられた軸方向の半円筒形凹部であり、かつ軸方向の一端が閉じている、ことを特徴とするタービンシュラウドの回り止め構造が提供される。
【００１４】
上記本発明の構成によれば、回り止めピンが、シュラウドセグメントとシュラウドサポートの両方に嵌合するので、シュラウドセグメントの周方向の移動を阻止することができる。
また、この回り止めピンと嵌合するシュラウドセグメント及びシュラウドサポートの凹部は軸方向の一端が閉じているので、運転時にシュラウドセグメントが冷却空気の圧力で内方に押し付けられ、かつ高温で熱膨張しても、シュラウド内外面を連通する隙間ができず、冷却空気の漏れ量を低く抑えることができる。
さらに、回り止めピンと嵌合するシュラウドセグメント及びシュラウドサポートの凹部は軸方向の一端が閉じているが、この回り止めピン用の穴は、ドリルとリーマで容易に加工できる。
また、この構成により、シュラウドサポートの周方向溝に、シュラウドセグメントの一端部を軸方向に嵌合させ、シュラウドセグメントの他端部とシュラウドサポートのリング部に連結保持部材を軸方向に嵌合して保持することにより、シュラウドサポートにシュラウドセグメントを隙間なく保持することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、更にシュラウドセグメントの他端部とシュラウドサポートのリング部に軸方向に嵌合し、これらを嵌合状態に保持する連結保持部材を備える。
【００１６】
この構成により、連結保持部材の取り付け前に、回り止めピンをシュラウドセグメントとシュラウドサポートの互いに整合する凹部に挿入することにより、シュラウドセグメントの周方向の移動を簡単に防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明による回り止め構造のタービンシュラウド構造を示す断面図である。この図において、１はタービンノズル、２はタービン動翼、３はタービン静翼である。図示しない燃焼器で発生した高温ガス４は、タービンノズル１からタービン動翼２に高速で流入し、後段のタービン静翼３に向けて流出する。
タービンシュラウドは、この例では、初段のタービン動翼２を間隔を隔てて囲んでいる。なお本発明の構造は、初段の動翼用に限定されず、その他のタービン動翼或いはタービン静翼用にも用いることができる。
【００１９】
図２は、図１のタービンシュラウド構造の部分拡大図である。図１及び図２に示すように、本発明による回り止め構造は、複数のシュラウドセグメント１２、シュラウドサポート１４、回り止めピン１６及び連結保持部材１８からなる。
複数のシュラウドセグメント１２は、タービン動翼を囲むタービンシュラウドを周方向に分割したものであり。互いに周方向に密接して配置することにより、タービンシュラウド全体が構成される。シュラウドセグメント１２の互いに近接する端面は、周知のシール構造、例えば特許文献２に開示のシール部材によりその隙間からガスが漏れないようになっている。
【００２０】
シュラウドサポート１４は、リング形状であり、複数のシュラウドセグメント１２で構成されるタービンシュラウド全体を囲んで位置する。またこのシュラウドサポート１４は、図示しないタービンケーシングに固定されている。
図２に示すように、シュラウドサポート１４は、周方向に延びる周方向溝１４ａと、周方向に延びるリング部１４ｂとを有する。
【００２１】
この例において、周方向溝１４ａは、シュラウドサポート１４の上流端に設けられたコの字部分で形成され、下流端が開いたガスタービンと同心の円筒形空洞である。この周方向溝１４ａには、シュラウドセグメント１２の一端部１２ａ（この例で左端部）が軸方向に嵌合するようになっている。
またこの例において、リング部１４ｂは、シュラウドサポート１４の下流端に設けられたガスタービンと同心の円筒部である。このリング部１４ｂの内側には、シュラウドセグメント１４の他端部１２ｂ（この例で右端部）が軸方向内面に嵌合するようになっている。
【００２２】
回り止めピン１６は、シュラウドセグメント１２とシュラウドサポート１４の両方に嵌合し、シュラウドセグメント１２の周方向の移動を阻止する機能を有する。また、回り止めピン１６と嵌合するシュラウドセグメント１２及びシュラウドサポート１４の凹部１２ｃ，１４ｃは軸方向の一端（図で左端）が閉じている。
【００２３】
またこの例において、シュラウドセグメント１２及びシュラウドサポート１４の凹部１２ｃ，１４ｃは、シュラウドセグメント１２の他端部とシュラウドサポート１４のリング部１４ｂに設けられている。
連結保持部材１８は、この例では、上流側が開いたコの字断面のリング状部材であり、シュラウドセグメント１２の他端部１２ｂとシュラウドサポート１４のリング部１４ｂの外面に軸方向に嵌合し、これらを嵌合状態に保持するようになっている。
【００２４】
図２において、１５はインピンジ冷却用の多穴板である。シュラウドサポート１４の外側から供給された冷却空気５（破線矢印）は、多穴板１５に設けられた複数の穴からシュラウドセグメント１２の内面に向けて噴出し、シュラウドセグメント１２の内面をインピンジ冷却した後、シュラウドセグメント１２の設けられた噴射穴を通ってシュラウドセグメント１２の外面をフィルム冷却し、高温ガス４と混合する。
また、この冷却空気５の圧力により、運転時にシュラウドセグメント１２は内方に押し付けられ、かつ高温で熱膨張する。
【００２５】
上述した本発明の構成によれば、回り止めピン１６が、シュラウドセグメント１２とシュラウドサポート１４の両方に嵌合するので、シュラウドセグメント１２の周方向の移動を阻止することができる。
また、この回り止めピン１６と嵌合するシュラウドセグメント１２及びシュラウドサポート１４の凹部１２ｃ，１４ｃは軸方向の一端が閉じているので、運転時にシュラウドセグメント１２が冷却空気の圧力で内方に押し付けられ、かつ高温で熱膨張しても、シュラウド内外面を連通する隙間ができず、冷却空気の漏れ量を低く抑えることができる。
さらに、回り止めピン１６と嵌合するシュラウドセグメント１２及びシュラウドサポート１４の凹部は軸方向の一端が閉じているが、この回り止めピン用の穴は、ドリルとリーマで容易に加工できる。
【００２６】
また、上述の構成により、シュラウドサポート１４の周方向溝１４ａに、シュラウドセグメント１２の一端部１２ａを軸方向に嵌合させ、シュラウドセグメントの他端部１２ｂとシュラウドサポートのリング部１４ｂに連結保持部材１８を軸方向に嵌合して保持することにより、シュラウドサポート１４にシュラウドセグメント１２を隙間なく保持することができる。
また、連結保持部材１８の取り付け前に、回り止めピン１６をシュラウドセグメント１２とシュラウドサポート１４の互いに整合する凹部１２ｃ，１４ｃに挿入することにより、シュラウドセグメントの周方向の移動を簡単に防止することができる。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、切り欠き構造の代わりにピンを用いてまわり止めを行い、まわり止め部の密閉性を向上させ、隙間を減少させることにより、冷却空気漏れ量を減少させるものであり、以下の効果が得られる。
（１）冷却空気漏れ量を減少させることにより、冷却性を向上させることが可能である。
（２）従来に比べ少量の冷却空気で冷却可能となり、エンジン性能を向上させることが可能である。
【００２９】
従って、本発明のタービンシュラウドの回り止め構造は、運転時にシュラウドセグメントが冷却空気の圧力で内方に押し付けられ、かつ高温で熱膨張しても、シュラウド内外面を連通する隙間ができず、冷却空気の漏れ量を低く抑えることができ、かつ加工が容易である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回り止め構造のタービンシュラウド構造を示す断面図である。
【図２】図１のタービンシュラウド構造の部分拡大図である。
【図３】従来のシュラウド支持構造の模式図である。
【図４】従来のガスシール装置を備えたタービンシュラウドの構成図である。
【図５】従来のガスタービン静翼の支持構造の図である。
【図６】従来のタービンシュラウドの回り止め構造の図である。
【符号の説明】
１タービンノズル、２タービン動翼、３タービン静翼、
４高温ガス、５冷却空気、
１２シュラウドセグメント、１２ａ一端部、１２ｂ他端部、
１４シュラウドサポート、１４ａ周方向溝、１４ｂリング部、
１２ｃ，１４ｃ凹部、１６回り止めピン、１８連結保持部材

Claims

タービン動翼を囲み周方向に密接して延びる複数のシュラウドセグメントと、該シュラウドセグメントを囲むリング形状の単一のシュラウドサポートと、前記シュラウドセグメントとシュラウドサポートの両方に嵌合しシュラウドセグメントの周方向の移動を阻止する軸方向の回り止めピンとを備え、
前記シュラウドサポートは、シュラウドセグメントの一端部が軸方向に隙間なく嵌合しかつ周方向に延びる周方向溝と、シュラウドセグメントの他端部が軸方向内面に隙間なく嵌合しかつ周方向に延びるリング部とを有し、
前記回り止めピンと嵌合するシュラウドセグメント及びシュラウドサポートの凹部は、シュラウドセグメントの他端部とシュラウドサポートのリング部の嵌合面に互いに整合して設けられた軸方向の半円筒形凹部であり、かつ軸方向の一端が閉じている、ことを特徴とするタービンシュラウドの回り止め構造。
更にシュラウドセグメントの他端部とシュラウドサポートのリング部に軸方向に嵌合し、これらを嵌合状態に保持する連結保持部材を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のタービンシュラウドの回り止め構造。