JPH08261017A - ガスタービン燃焼器とガスタービン段との間の移行部材 - Google Patents
ガスタービン燃焼器とガスタービン段との間の移行部材Info
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- JPH08261017A JPH08261017A JP7326135A JP32613595A JPH08261017A JP H08261017 A JPH08261017 A JP H08261017A JP 7326135 A JP7326135 A JP 7326135A JP 32613595 A JP32613595 A JP 32613595A JP H08261017 A JPH08261017 A JP H08261017A
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
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- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
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Abstract
連結するための移行部材を提供する。 【解決手段】 移行部材はだいたい管状であり、ガスタ
ービン燃焼器に連結するための上流端と、タービン段に
連結するための下流の後端とを有する。後端は半径方向
内側部分および半径方向外側部分を有し、後端にはその
まわりに延在する周縁リブ(24)が形成されている。
半径方向内側部分および半径方向外側部分のうち少なく
とも一方には、その両端間をほぼ完全に延在するフレー
ム(30)が固定されている。
Description
許容範囲を超える高い応力レベルを生じる大きな機械的
負荷と大きな熱勾配とが併存するガスタービン構造支持
システムに関する。特に、本発明はガスタービンの移行
部材の後端の再設計に関する。
燃焼システムの燃焼器をタービンの第1段に連結する複
雑な形状の管状部材である。従来のシステムでは、移行
部材をタービン段に連結するための移行部材の後方装着
部が、後端フレームより上流で移行部材本体に溶接され
て、そこから突出している。
開口が高い金属温度でのクリープのために反って狭まる
傾向があることがよく知られている。この望ましくない
反りの原因は、管状移行部材の外側にかかる圧力が内側
よりも高いことである。周知のように、移行部材の後端
は、高熱燃焼ガスを燃焼器からタービンに送るために、
環状のセクタすなわち扇形の形状に移行する必要があ
る。この環状の幾何形状は、その性質上、外部圧力荷重
に対して弱い。クリープ現象は設計上の制約の一つであ
り、これにより燃焼器の最小数やガスタービンの最高ガ
ス温度が決められる。もう一つの設計上の制約は、移行
部材の熱応力疲労亀裂である。
(1993年11月5日出願)には、移行部材の後端に
一体の補強フレームを形成することが記載されている。
この厚さを増したフレームには、移行部材をタービン段
に取り付けるための装着具が設けられている。しかし、
単に後端フレーム壁を厚くしても、熱応力が増加し、部
材の運転寿命は長くならないことを見出した。
ーム12を含む従来の移行部材10が図示されている。
一体のフレーム12は1乃至3個またはそれ以上のリブ
を含む。図示例では、1対の直立周縁リブ14、16
(図3)が移行部材の後端開口のまわりに延在してい
る。装着具18がフレームの上流に配置されているが、
前記米国特許出願第08/147,295号に従ってこ
れをフレームと一体化することができる。リブ14、1
6は次の3つの機能を果たす。(1)環状の幾何形状の
せいで移行部材にかかる外部圧力に対する抵抗性が弱く
なっているい後端を構造上強化する。(2)ラビリンス
シールを取付ける。(3)冷却表面積をの増加する。
として、リブ中に大きな熱勾配が生じ、大きな熱応力の
原因となる。さらに、圧力荷重に対する抵抗性を改善す
るために、リブの曲げ強さ(すなわち、リブの断面係
数)を増加すると、熱応力が増加してしまう。したがっ
て、最大許容熱応力によりリブ断面係数が制限され、一
方リブ断面係数により移行部材の円周方向長さ(すなわ
ち、所定の金属温度での燃焼器の数)が制限される。現
在の設計では、熱疲労による亀裂を生じない最も深いリ
ブが用いられてるが、リブ幅は熱伝達と封じの問題によ
り制限される。
の後端に構造用フレームが取り付けられる。これによ
り、圧力荷重(移行部材の後部開口をクリープ変形によ
り反らせ狭めるおそれがある)を支持できるとと共に、
リブ補強材または壁厚の増加に起因する望ましくない大
きな熱応力が生じないという利点がある。
移行部材の後端を取り囲むように外部フレームが設けら
れて、半径方向内側および外側のそれぞれ中央部の所で
移行部材の一体のフレームに取り付けられ、これにより
後部開口を狭めるように働く圧力に対する抵抗性を持た
せる。この外部フレームは高熱燃焼ガスから隔離されて
おり、したがってその作動時の温度は移行部材自身より
はるかに低い。
の後端フレームの半径方向外側部分および半径方向内側
部分に沿ってそれぞれ取り付けられる。各支持バーは中
央部の所で後端フレームにクランプにより固定され、両
端の所では単にサドル内にプレストレスド(prest
ressed)状態に支持される。こうして、(移行部
材の内部から遠ざかる)外向きの力を半径方向内側およ
び外側の壁それぞれに加えて、運転中に内向きに働くガ
ス圧力に対抗する。さらに、各支持バーをその両端で
(クランプするのではなく)単にサドル内に支持するこ
とにより、移行部材は運転中に自由に熱膨張できる。
方向内側部分に沿って上述と同じ様に使用されるが、後
端の半径方向外側には中央部および両端の所に軸線方向
ピンが設けられる。これらのピンは、タービン段のノズ
ル保持リングに形成した中心部孔および2つの端部溝孔
にそれぞれはまるように設計されている。さらに詳しく
説明すると、移行部材の中央部のピンが保持リングの相
補形の孔に受け入れられると共に、両端のピンが保持リ
ングの溝孔に受け入れられ、これによりやはり移行部材
が使用中に熱膨張することができるようになる。
方向内側部分が支持バー(矩形断面の素材)で補強さ
れ、該支持バーは中央部の所で移行部材のフレームにク
ランプされ、支持バーの両端には溝が形成されて、その
中に移行部材から突出するサドルを受け入れる。したが
って、本発明は、広義には、ガスタービン燃焼器とガス
タービン段とを連結するための移行部材を提供する。移
行部材はだいたい管状であり、ガスタービン燃焼器に連
結するための上流端と、タービン段に連結するための下
流の後端とを有する。後端は半径方向内側部分および半
径方向外側部分を有する。後端にはそのまわりに延在す
る少なくとも1つの周縁リブが形成されている。前記半
径方向内側部分および半径方向外側部分の内の少なくと
も一方には、両側間にほぼ完全に延在するフレームが固
定されている。
明から明らかになるであろう。
発明の第1実施例による移行部材の後端の新規な設計を
説明する。だいたい管状の移行部材20は後端フレーム
22を有するように形成されている。後端フレーム22
は、その下流エッジ26に隣接して直立の周縁リブ24
を含む。後端フレーム22および直立リブ24は後端開
口28のまわりを完全に一周する。外部フレーム30が
また後端開口28を包囲し、以下に説明するように移行
部材の直立のリブ24に固定されている。便宜上、図面
を見たときの移行部材の後端の下側部分は、タービンロ
ータの水平な長さ方向軸線(そのまわりに複数の燃焼器
および関連する移行部材が配列されている)に関して、
「半径方向内側部分」とみなされ、上側部分は「半径方
向外側部分」とみなされる。
いる。装着フランジ32は、リブ24の半径方向外側部
分24aの中央部の位置の所でのみ、リブ24から上流
および下流方向に延在する。フレーム30は、クランプ
34および関連する1対のボルト(図示せず)を用い、
ボルトを整合した対の孔36、38(図5には1対を図
示)に通すことによって、リブ24およびフランジ32
に固定される。フランジ32は、フレーム30およびク
ランプ34のそれぞれに設けた対応する溝40および4
2にはめ合わされる。
bに前方に突出するフック44が形成されている。この
フック44は、リブ24の内側部分24bの中央部領域
で、フレーム30に形成された対応する溝46にはめ合
わされる。外部フレーム30の残りの周縁区域は図7に
示す断面を有し、したがって熱膨張の余地を残してい
る。通常のフェース式ラビリンスシール48を移行部材
とタービン第1段ノズルとの間に使用することができる
が、他のシール構造をとることもできる。いずれにし
ろ、移行部材のリブ24と外部フレーム30との間の隙
間には、現在シールを通って漏れ出る量と同程度の空気
の流れが必要である。
壁厚増加と関連した熱応力を増加することなく、移行部
材後端の曲げ強さを増加する。半径方向外側部分24a
の中央部のみでのクランプ構造は、移行部材20と外部
フレーム30との間のすべての自由度を拘束する。半径
方向内側部分24bに沿った連結は、移行部材20と外
部フレーム30との間の半径方向の自由度のみの拘束を
行う。それにもかかわらず、フレーム30は高熱燃焼ガ
スから隔離されている。その結果、外部フレーム30は
作動時に移行部材20よりはるかに低い温度となり、し
たがってクリープ変形を受けない。さらに、外部フレー
ム30を移行部材20に最小の拘束で取り付けることに
より、高熱の移行部材20は、大きな熱応力を生じるこ
となく、外部フレーム30の内側で熱膨張することがで
きる。
この場合、移行部材50には、一体の後端フレーム58
の半径方向外側部分56の両端にサドル支持体52およ
び54が取り付けられ、また半径方向内側部分64の両
端に同様なサドル支持体60および62が取り付けられ
ている。各サドル支持体には、ロッド受入れ溝66が燃
焼器の長さ方向軸線に直交する方向に形成されている。
分56および内側部分64にそれぞれ溶接されている。
各クランプ68、70は上側要素68a、70aおよび
下側要素68b、70bをそれぞれ有し、これら要素に
は、以下に説明するように両者間に支持ロッド72、7
4をクランプするための半溝が設けられている。支持バ
ーまたはロッド72はプレストレスド状態すなわち予め
ストレスが与えられている状態になっていて、要素68
aおよび68b間にクランプされているので、図9に矢
印Aで示すように、外向きの力が移行部材の中央部に加
えられる。この外向きの力は作動中に外側ガス圧力に対
抗する。
4が要素70aおよび70b間にクランプされて、同様
の作用を移行部材の半径方向内側部分になし、図9に矢
印Bで示すように、外向きの力が移行部材の半径方向内
側部分の中央部にかかる。ロッド72および74はサド
ル52、54および60、62内を摺動できるようにな
っているので、移行部材50は作動中に自由に熱膨張で
きる。
す。この実施例はいくつかの点で図7乃至9の実施例と
似ている。実際、移行部材50’の半径方向内側部分6
4’には、図7乃至9に示したものと本質的に同一構成
の支持ロッド74’、サドル60’、62’およびクラ
ンプ70’が設けられている。しかしながら、移行部材
50’の半径方向外側部分56’には、突起76、78
および80が設けられている。各突起は軸線方向に突出
するピン82、84、86を有する。これらのピンは、
第1タービン段に固定されたノズル保持リング88に形
成された開口に着座するように構成されている。図11
および図12から明らかなように、ノズル保持リング8
8には、ピン84を受け入れる丸孔90と、ピン82お
よび86を受け入れる溝孔92および94とが形成され
ている。溝孔92および94は、サドル60’および6
2’と同様に、移行部材50’が作動中に熱膨張できる
ようにする。
示す。この例では、外部支持ロッドが移行部材の後端の
半径方向内側部分だけに設けられる。具体的には、移行
部材96は後端フレーム98を有し、これに1対の端部
の突起100、102および中中央のボスまたは装着フ
ランジ104が溶接されている。弓形支持ロッド106
(好ましくは矩形断面)が設けられ、その両端には、突
起100、102を受け入れる溝108(1つだけ図
示)が形成されている。同時に、装着フランジ104が
支持ロッド106の中央凹所110にはまっており、ロ
ッドを、フレームの半径方向内側部分98bに対して半
径方向に離間した関係で、所定の位置にしっかりボルト
止めすることができる。本例でも、ロッドの両端は突起
100、102に対して自由に摺動でき、移行部材96
の熱膨張を許す。
的かつ好適と考えられる実施例について説明したが、本
発明は開示した実施例だけに限定されず、本発明の要旨
の範囲内に含まれる種々の変更や等価な構成を包含する
ものである。
具を設けた従来のガスタービン移行部材の斜視図であ
る。
面図である。
である。
材の一部分の斜視図である。
である。
一部分の斜視図である。
および関連するタービン段の側面図である。
である。
部材の一部分の正面図である。
視図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 ガスタービン燃焼器とガスタービン段と
の間を連結するためのだいたい管状の移行部材におい
て、 ガスタービン燃焼器に連結するための上流端と、タービ
ン段に連結するための下流の後端とを有し、前記後端が
半径方向内側部分および半径方向外側部分を有し、前記
後端にはそのまわりに延在する周縁リブが形成され、前
記半径方向内側部分および外側部分の内の少なくとも一
方にはその両側間をほぼ完全に延在するフレームが固定
されていることを特徴とする移行部材。 - 【請求項2】 前記フレームが前記移行部材の外部に設
けられていて、前記後端の外周全体にわたって延在して
いる請求項1に記載の移行部材。 - 【請求項3】 前記フレームが前記後端と一体に形成さ
れており、第1支持ロッドが前記フレームに取り付けら
れて前記半径方向内側部分に沿って延在していると共
に、第2支持ロッドが前記フレームに取り付けられて前
記半径方向外側部分に沿って延在している請求項1に記
載の移行部材。 - 【請求項4】 前記フレームが前記後端と一体であり、
予めストレスが加えられた状態の支持ロッドが前記半径
方向内側部分のほぼ横方向中央部に固定されており、且
つ前記支持ロッドはその両端が摺動自在に支持されて前
記移行部材が熱膨張できるようになっている請求項1に
記載の移行部材。 - 【請求項5】 前記第1および第2支持ロッドは予めス
トレスが加えられた状態になっていて前記移行部材に外
向きの力をかけている請求項3に記載の移行部材。 - 【請求項6】 前記外部フレームが前記半径方向外側部
分の中央部の所でのみ前記周縁リブに剛固に固定され、
これにより前記移行部材が前記外部フレームに対して熱
膨張できるようになっている請求項1に記載の移行部
材。 - 【請求項7】 前記第1支持ロッドが前記半径方向内側
部分に剛固にクランプされ、前記第2支持ロッドが前記
外側部分に剛固にクランプされている請求項3に記載の
移行部材。 - 【請求項8】 前記第1支持ロッドの両端が前記半径方
向内側部分に固定されたサドルにより摺動自在に支持さ
れ、且つ前記第2支持ロッドの両端が前記外側部分に固
定されたサドルにより摺動自在に支持され、これにより
前記移行部材が熱膨張することができる請求項7に記載
の移行部材。 - 【請求項9】 前記半径方向外側部分がガスタービン段
の保持リングにより支持される請求項4に記載の移行部
材。 - 【請求項10】 前記半径方向外側部分の中央部には、
前記保持リングの相補形の孔と係合する第1軸線方向ピ
ンが設けられ、さらに前記半径方向外側部分の両端に
は、前記保持リングの溝孔にはまる第2および第3軸線
方向ピンが設けられている請求項9に記載の移行部材。
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