JP5461636B2 - タービン分割環 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンにおいてタービン動翼の先端（チップ）から半径方向外側に略一定の距離を保つようにして周方向に配設される環状のタービン分割環に関するものである。

ガスタービンにおいてタービン動翼の先端から半径方向外側に略一定の距離を保つようにして周方向に配設される環状のタービン分割環としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開２０００−２５７４４７号公報

ガスタービン分割環を構成する複数の分割体は、周方向に沿って配置されており、隣り合う分割体間の隙間は、一の分割体におけるタービン動翼の回転方向後方側に位置する端部の側面に形成された溝と、一の分割体に隣接する他の分割体におけるタービン動翼の回転方向前方側に位置する端部の側面に形成された溝との間にシール板が挿入されることにより封止される。また、これにより、隣り合う分割体は周方向に連結され全体として環状の分割環を形成するようになっている。しかしながら、特許文献１に開示された分割体により構成される分割環では、シール板が分割体に対して固定されていないため、タービン動翼の回転によって巻き込まれた高温ガス流によって、分割体の溝周辺に酸化減肉や振動、磨耗などが重畳して生じた場合、シール板が溝内から抜け出して脱落してしまう恐れがある。また、シール板が脱落すると、シール機能低下によってガスタービン全体の効率が低下したり、高温ガスの逆流や漏れ込みによって他の部品にも酸化減肉、焼損、溶融、欠落が生じる恐れがある。あるいは、飛散したシール板によって他の部品が破損する等の悪影響（二次的被害）を及ぼす恐れがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、シール板が溝内から抜け出して、シール板が脱落してしまうことを防止することができるタービン分割環を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るタービン分割環は、燃焼器で発生した高温ガスが吹き付けられるタービン動翼の半径方向外側に、前記タービン動翼の先端から略一定の隙間を空けて複数の分割体を環状に配設して形成され、隣り合う前記分割体の対向する側面に形成された溝内にシール部材を挿入することにより、前記側面間の隙間を封止するタービン分割環であって、前記シール部材が、前記分割体における、前記分割体の半径方向内側を回転する前記タービン動翼の回転方向前方側に位置する端部に対してのみ、ポンチングにより固定されており、前記ポンチングは、前記シール部材の半径方向外側に実施されている。

本発明に係るタービン分割環によれば、シール板等のシール部材が分割体に対して固定されているので、シール部材の溝内からの抜け出しを防止することができて、シール部材の脱落を防止することができる。また、これによりシール機能やガスタービン効率の低下、又は、高温ガス逆流や飛散したシール部材による二次的被害を未然に防止することができる。
また、本発明に係るタービン分割環によれば、シール板等のシール部材が、お互いに隣接する分割体間の隙間にタービン動翼の回転によって巻き込まれる高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を受け難い、各分割体におけるタービン動翼の回転方向前方側に位置する端部に固定されている。一方、各分割体におけるタービン動翼の回転方向後方側に位置する端部は、隣接する分割体間の隙間にタービン動翼の回転によって巻き込まれる高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を最も受け易いために、高温ガスによる酸化減肉や焼損、溶融、欠落等が生じ易い。よって、各分割体におけるタービン動翼の回転方向後方側に位置する端部に固定されている場合よりも、前方側に位置する端部に固定されている方がシール板の固定がより緩み難く、溝内からの抜け出しをより確実に防止することができて、シール板の脱落をより確実に防止することができる。
さらに、本発明に係るタービン分割環によれば、分割体の溝にシール板などのシール部材を挿入した状態で、溝の開口端周辺に位置する側面の一部をポンチングにより塑性変形させることによりシール板を分割体に固定するので、高価な装置を必要とすることなく安価に、また、現地において短時間で容易に実施することができる。

本発明に係るタービン分割環によれば、シール板等のシール部材を分割体に対して固定したので、シール部材が溝内から抜け出して、シール部材が脱落してしまうことを防止することができるという効果を奏する。また、シール機能やガスタービン効率の低下、又は、高温ガス逆流や飛散したシール部材による二次的被害を未然に防止することができるという効果を奏する。

本発明に係るタービン分割環を備えたガスタービンの要部断面図である。 本発明の一実施形態に係るタービン分割環の断面図である。 本発明の一実施形態に係るタービン分割環を回転軸の軸方向から見た断面図である。 図３の要部拡大図である。

以下、本発明の一実施形態に係るタービン分割環について、図１から図４を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るタービン分割環を備えたガスタービンの要部断面図、図２は本実施形態に係るタービン分割環の断面図、図３は本実施形態に係るタービン分割環を回転軸の軸方向から見た断面図、図４は図３の要部拡大図である。

図１に示すように、本実施形態に係るタービン分割環が適用されるガスタービン１は、燃焼器（図示せず）で発生させた高温ガスを、矢印２の方向に供給し、タービン動翼３，４に吹き付けてこれらタービン動翼３，４を回転させて、熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるものである。
タービン動翼３，４は、回転軸の周囲に取り付けられたプラットフォーム５に固定されている。これらタービン動翼３、４は、ガスタービン１の回転軸の周方向に沿って複数枚設けられており、ガスタービン１の軸方向上流側（図１において左側）から下流側（図１において右側）に流れる高温ガスを受けて、プラットフォーム５とともに回転する。タービン動翼３，４の上流側には、タービン静翼６，７が配置されている。これらタービン静翼６，７は、タービン動翼３，４と同様、回転軸の周方向に沿って複数枚設けられている。また、タービン動翼３，４の半径方向外側には、タービン動翼３，４の先端（チップ）から略一定の隙間ｆ（図２参照）を空けてタービン分割環（以下「分割環」という。）８が設けられている。分割環８は、例えば、コバルト合金からなり、複数の分割体８ａ（図３参照）で構成されている。

図２に示すように、翼環９には、分割環８に向かって開口する流路１０が形成されており、この流路１０内には、ガスタービン１の外部に設けられた空気供給源（図示せず）から供給された空気、又は圧縮機（図示せず）から抽出された空気が冷却媒体として矢印１２の方向に流されるようになっている。また、翼環９には、遮熱環１１が取り付けられており、遮熱環１１には、分割環８及びインピンジメント板１３が取り付けられている。インピンジメント板１３は、翼環９と分割環８との間に配置されており、流路１０からその外周面（半径方向外側の周面）に吹き出された空気を通すための複数個の冷却孔１４を備えている。各分割体８ａは、外周面１５の軸方向上流側（図２において左側）及び下流側（図２において右側）にそれぞれフランジ１６を有しており、これらフランジ１６を介して遮熱環１１に取り付けられている。各分割体８ａには、外周面１５の軸方向上流側から分割体８ａの内部をガスタービン１の軸方向と略平行に延びて下流側の周方向に沿う端面１７に貫通する冷却通路１８が複数本設けられている。

図３に示すように、分割環８を構成する複数の分割体８ａは、周方向に沿って配置されている。そして、隣り合う分割体８ａは、一の分割体８ａにおけるタービン動翼３の回転方向（矢印２８で示す）から見て後方側に位置する端部領域１９の側面２０に形成された溝２１と、一の分割体に隣接する他の分割体８ａにおけるタービン動翼３の回転方向２８から見て前方側に位置する端部領域２２の側面２３に形成された溝２４との間にシール板（シール部材）２５が挿入されることにより周方向に連結され、全体として環状の分割環８を形成する。シール板２５は、分割体８ａ同士を連結するとともに、一の分割体８ａの側面２０と他の分割体８ａの側面２３との間に形成された隙間２６から空気および高温ガスが漏れるのを防ぐシール部材である。なお、シール部材と溝の断面形状はそれぞれ、矩形に限らず円形や楕円、半円、Ｔ字、十字等の形状でもよく、複数の様々な形状を組み合わせても構わない。

また、図４に示すように遮熱環１１に組み付けられる前の段階の分割体８ａ単品の一方の溝２４にシール板２５を挿入した状態で、溝２４の開口端周辺に位置する側面２３の一部をポンチ（punch）等の器具を使用して少なくとも１箇所以上に塑性変形（ポンチング）２７を加えることにより、他の分割体８ａにおけるタービン動翼３の回転方向２８の前方側に位置する端部２２のみにシール板２５が固定される（作業１）。その後、隙間２６を隔てて側面２３に対向する側面２０に形成され、シール板２５が固定されていない状態である一の分割体８ａの溝２１に、上述した他の分割体８ａの端部２２に固定された状態のシール板２５を挿入する（作業２）。この際、一の分割体８ａの端部２２にはシール板２５が既に作業１により固定されていてもよいし、あるいは、作業１〜２を完了した後に一の分割体８ａの端部２２にシール板２５をあらためて固定してもよい。上記一連の作業を繰り返しながら、各分割体を周方向に沿って環状に配置されるように組み立てて分割環８を形成する。この際のポンチング２７はシール板２５の半径方向外側及び内側に位置する側面のいずれか一方又は両方に実施してもよいが、外側の方が隙間２６に巻き込まれる高温ガスの熱影響を受け難いため、酸化減肉や焼損、溶融、欠落によりポンチング２７の固定が緩み難いのでより好ましい。
なお、図４中の符号２７は、ポンチングにより凹んだ塑性変形部を示している。また、図面の簡略化を図るため、図３及び図４にはインピンジメント板１３を示していない。

本実施形態に係る分割環８によれば、シール板２５が分割体８ａの端部２２にポンチング２７により固定されているので、シール板２５の溝２４内からの抜け出しを防止することができて、シール板２５の脱落を防止することができる。
また、本実施形態に係る分割環８によれば、シール板２５が、お互いに隣接する分割体間の隙間２６にタービン動翼３の回転によって高温ガスが巻き込まれ、それによる熱伝達率の上昇の影響を受け難い、各分割体８ａにおけるタービン動翼３の回転方向２８から見て前方側に位置する端部２２に固定されているので、高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を受け易いために酸化減肉や焼損、溶融、欠落等が生じ易い、各分割体８ａにおける回転方向２８の後方側に位置する端部１９に固定されている場合よりも、シール板２５の固定が緩み難く、溝２４内からの抜け出しをより確実に防止することができて、シール板２５の脱落をより確実に防止することができる。
さらに、本実施形態に係る分割環８を具備したガスタービン１によれば、シール板２５の溝２４内からの抜け出しが防止され、シール板２５の脱落が防止されることとなるので、ガスタービン１全体の効率低下や二次的被害を未然に防止して信頼性を向上させることができ、ガスタービン全体の保守点検間隔を長期化させることができると共に、ガスタービン全体の保守点検費用を低減させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、シール板２５は隣接する分割体８ａの少なくともどちらか一方に固定されていればシール板２５の脱落を防止することができるので、溝２１の開口端周辺に位置する側面２０の一部がポンチ等の器具を使用して塑性変形させられることにより、一の分割体８ａにおける回転方向２８の後方側に位置する端部１９に固定されるようにしてもよい。
また、シール板２５は、溝２４の開口端周辺に位置する側面２３及び溝２１の開口端周辺に位置する側面２０それぞれの一部がポンチ等の器具を使用して塑性変形させられることにより、一の分割体８ａの端部１９及び他の分割体８ａの端部２２の両者にそれぞれ固定されるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態では、シール板２５が、溝２４の開口端周辺に位置する側面２３及び／又は溝２１の開口端周辺に位置する側面２０の一部をポンチ等の器具を使用して塑性変形させることにより、一の分割体８ａの端部１９及び／又は他の分割体８ａの端部２２に固定されるものについて説明した。しかし、本発明はこのようなポンチング２７による固定に限定されるものではなく、締まり嵌め（焼き嵌め、冷やし嵌め）やボルト、リベット、ピン、ロー付、点溶接等の溶接、あるいは、これらの組合せによってもシール板２５を分割体８ａに固定することができる。

１ ガスタービン
３ タービン動翼
８ タービン分割環
８ａ 分割体
１９ 端部
２０ 側面
２１ 溝
２２ 端部
２３ 側面
２４ 溝
２５ シール板（シール部材）
２６ 隙間
２７ 変形部（ポンチング）
２８ タービン動翼回転方向

Claims (1)

1. 燃焼器で発生した高温ガスが吹き付けられるタービン動翼の半径方向外側に、前記タービン動翼の先端から略一定の隙間を空けて複数の分割体を環状に配設して形成され、隣り合う前記分割体の対向する側面に形成された溝内にシール部材を挿入することにより、前記側面間の隙間を封止するタービン分割環であって、
   前記シール部材が、前記分割体における、前記分割体の半径方向内側を回転する前記タービン動翼の回転方向前方側に位置する端部に対してのみ、ポンチングにより固定されており、
   前記ポンチングは、前記シール部材の半径方向外側に実施されていることを特徴とするタービン分割環。

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