JP2002213207A - ガスタービン分割環 - Google Patents
ガスタービン分割環Info
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Fluid Mechanics (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービン分割環の分割片の局部的温度上
昇を抑制する。 【解決手段】 ガスタービンケーシング１内周の、動翼
８先端に対向する位置にガスタービン分割環１０を設け
る。ガスタービン分割環は、分割片１１をタービンケー
シング内周面に沿って、周方向に環状に配列することに
より構成され、各分割片の間には周方向に所定の間隙１
３が設けられている。各分割片１１の周方向端面１１
ａ、１１ｂのうち、動翼回転方向Ｒから見て上流側の端
面１１ａは、分割片内周面１１ｃと緩やかな傾斜面１１
ｆで接続されている。動翼回転に伴なう燃焼ガスの旋回
流ＦＲは、動翼が空隙１３を通過する際に、傾斜面１１
ｆに沿って流れるため、端面１１ａに衝突しない。これ
により、端面１１で衝突による熱伝達率の増大による局
所的温度上昇が抑制される。
昇を抑制する。 【解決手段】 ガスタービンケーシング１内周の、動翼
８先端に対向する位置にガスタービン分割環１０を設け
る。ガスタービン分割環は、分割片１１をタービンケー
シング内周面に沿って、周方向に環状に配列することに
より構成され、各分割片の間には周方向に所定の間隙１
３が設けられている。各分割片１１の周方向端面１１
ａ、１１ｂのうち、動翼回転方向Ｒから見て上流側の端
面１１ａは、分割片内周面１１ｃと緩やかな傾斜面１１
ｆで接続されている。動翼回転に伴なう燃焼ガスの旋回
流ＦＲは、動翼が空隙１３を通過する際に、傾斜面１１
ｆに沿って流れるため、端面１１ａに衝突しない。これ
により、端面１１で衝突による熱伝達率の増大による局
所的温度上昇が抑制される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンに関
し、詳細にはガスタービンケーシング内周面に配置され
るガスタービン分割環に関する。
し、詳細にはガスタービンケーシング内周面に配置され
るガスタービン分割環に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンのタービンーケーシング
（車室）は、高温の燃焼ガスが通過するいわゆるホット
ガスパスを形成している。このため、ケーシング内周面
には耐熱材料（タイルなど）からなるライニングが配置
され、ケーシングの金属面と高温燃焼ガスとの直接の接
触を防止している。これらのライニングは、高温時の熱
膨張を考慮して複数の分割片をケーシング内周面に沿っ
て周方向に互いに空隙を空けて環状に配置した構成とさ
れているためガスタービン分割環と称する。
（車室）は、高温の燃焼ガスが通過するいわゆるホット
ガスパスを形成している。このため、ケーシング内周面
には耐熱材料（タイルなど）からなるライニングが配置
され、ケーシングの金属面と高温燃焼ガスとの直接の接
触を防止している。これらのライニングは、高温時の熱
膨張を考慮して複数の分割片をケーシング内周面に沿っ
て周方向に互いに空隙を空けて環状に配置した構成とさ
れているためガスタービン分割環と称する。
【０００３】図１は、ガスタービン分割環の配置を示す
タービンケーシングの軸線に沿った断面図である。図１
において、１はタービンケーシング全体を示す。タービ
ンケーシング１は、複数の環状の金属製ケーシング分割
片３を軸線方向に接合した略円筒状の形状と される。
それぞれのケーシング分割片３内周には、ケーシング分
割片３の半径方向に間隙を保って環状の遮熱環５が取り
付けられ、この遮熱環５内周には各段タービン静翼９
が、それぞれ静翼環７を介して取り付けられている。ま
た、それぞれの遮熱環５内周の、各段の静翼環７の間の
部分には、動翼８の先端に対向してガスタービン分割環
１０が取り付けられている。ガスタービン分割環１０は
耐熱材料からなる複数の分割片を周方向に環状に配置し
た構成とされ、分割片は、分割片自体の熱膨張を許容す
るために周方向に所定の間隙を介して配置されている。
タービンケーシングの軸線に沿った断面図である。図１
において、１はタービンケーシング全体を示す。タービ
ンケーシング１は、複数の環状の金属製ケーシング分割
片３を軸線方向に接合した略円筒状の形状と される。
それぞれのケーシング分割片３内周には、ケーシング分
割片３の半径方向に間隙を保って環状の遮熱環５が取り
付けられ、この遮熱環５内周には各段タービン静翼９
が、それぞれ静翼環７を介して取り付けられている。ま
た、それぞれの遮熱環５内周の、各段の静翼環７の間の
部分には、動翼８の先端に対向してガスタービン分割環
１０が取り付けられている。ガスタービン分割環１０は
耐熱材料からなる複数の分割片を周方向に環状に配置し
た構成とされ、分割片は、分割片自体の熱膨張を許容す
るために周方向に所定の間隙を介して配置されている。
【０００４】この種のガスタービン分割環の例として
は、例えば特開平２０００−２５７４４７号公報に記載
されたものがある。同公報に記載されたガスタービン分
割環の各分割片は、内部に分割片冷却用の冷却空気通路
を備え、冷却に使用した後の冷却空気を各分割片の動翼
回転方向から見て下流側の周方向端面から、隣接する分
割片の周方向端面に向けて斜めに噴射するようにしてい
る。また、各分割片の回転方向から見て上流側（手前
側）の周方向端面の内周面との接合部は、隣接する分割
片の周方向端面から斜めに噴射される冷却空気流の傾斜
に合わせて傾斜面状にカットされている。
は、例えば特開平２０００−２５７４４７号公報に記載
されたものがある。同公報に記載されたガスタービン分
割環の各分割片は、内部に分割片冷却用の冷却空気通路
を備え、冷却に使用した後の冷却空気を各分割片の動翼
回転方向から見て下流側の周方向端面から、隣接する分
割片の周方向端面に向けて斜めに噴射するようにしてい
る。また、各分割片の回転方向から見て上流側（手前
側）の周方向端面の内周面との接合部は、隣接する分割
片の周方向端面から斜めに噴射される冷却空気流の傾斜
に合わせて傾斜面状にカットされている。
【０００５】これにより、上記公報のガスタービン分割
環では、一方の分割片端面から噴射された冷却空気流
が、他方の分割片端面に設けられた上記傾斜面に沿って
流れるようになるため、上記傾斜面は噴射された冷却空
気によりフィルム冷却されるようになり分割片の冷却効
果が向上する。
環では、一方の分割片端面から噴射された冷却空気流
が、他方の分割片端面に設けられた上記傾斜面に沿って
流れるようになるため、上記傾斜面は噴射された冷却空
気によりフィルム冷却されるようになり分割片の冷却効
果が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、各分割片の
動翼回転方向上流側の端面の角部（タービン中心に近い
側）での熱負荷は極めて大きくなるため、上記のように
冷却空気を噴射しても充分な冷却を行うことができない
場合が生じる。図９は、この問題を説明する、タービン
ケーシングの軸線に直角な断面を模式的に示す図であ
る。
動翼回転方向上流側の端面の角部（タービン中心に近い
側）での熱負荷は極めて大きくなるため、上記のように
冷却空気を噴射しても充分な冷却を行うことができない
場合が生じる。図９は、この問題を説明する、タービン
ケーシングの軸線に直角な断面を模式的に示す図であ
る。
【０００７】図９において、１はタービンケーシング
（実際には遮熱環５）、１１は分割環の各分割片を示
す。前述したように、分割環１０の各分割片１１は互い
に周方向間隙１３を空けて配置されている。また、動翼
８は各分割片１１の内周面１１と狭い間隙を隔てて対向
しつつ矢印Ｒの方向に回転する。高温の燃焼ガスは、全
体として図９の紙面に直角な方向にケーシング１内を流
れるが、タービン動翼８通過時には動翼回転により旋回
方向速度を付与され、動翼先端部では動翼の周速と略同
じ速度で周方向に旋回するようになる。ところが、分割
環１０の内周面は平坦ではなく、各分割片１１の間には
空隙１３からなる溝が形成されている。このため、空隙
１３を動翼が通過する際に燃焼ガス旋回流の流れに乱れ
が生じるようになる。
（実際には遮熱環５）、１１は分割環の各分割片を示
す。前述したように、分割環１０の各分割片１１は互い
に周方向間隙１３を空けて配置されている。また、動翼
８は各分割片１１の内周面１１と狭い間隙を隔てて対向
しつつ矢印Ｒの方向に回転する。高温の燃焼ガスは、全
体として図９の紙面に直角な方向にケーシング１内を流
れるが、タービン動翼８通過時には動翼回転により旋回
方向速度を付与され、動翼先端部では動翼の周速と略同
じ速度で周方向に旋回するようになる。ところが、分割
環１０の内周面は平坦ではなく、各分割片１１の間には
空隙１３からなる溝が形成されている。このため、空隙
１３を動翼が通過する際に燃焼ガス旋回流の流れに乱れ
が生じるようになる。
【０００８】図１０は、空隙１１を動翼８が通過する際
の旋回流の挙動を模式的に示す図である。図１０に示す
ように、燃焼ガスの旋回流ＦＲは分割片１１の間の空隙
１３通過時に、空隙１３の動翼回転方向下流側の分割片
端面（すなわち、各分割片１１で見れば、動翼回転方向
Ｒ上流側の周方向端面）１１ａ下部に衝突し、空隙１３
内に流入する。このように、端面１１ａと高温の燃焼ガ
ス流ＦＲとが衝突する状態では、燃焼ガス流ＦＲと端面
１１ａとの間はインピンジ熱伝達となる。このため、ガ
ス流ＦＲと端面１１ａとの間の熱伝達率は、内周面１１
ｃに沿ってガス流が流れる場合に較べて急激に上昇する
ようになり、端面１１ａの下部（端面１１ａと内周面１
１ｃとの角部）では、動翼８の通過毎に高温のガス流か
ら多量の熱を受けて、分割片温度が他の部分より大幅に
上昇するようになり、この角部に焼損や局所的な温度上
昇による亀裂などが生じる場合がある。
の旋回流の挙動を模式的に示す図である。図１０に示す
ように、燃焼ガスの旋回流ＦＲは分割片１１の間の空隙
１３通過時に、空隙１３の動翼回転方向下流側の分割片
端面（すなわち、各分割片１１で見れば、動翼回転方向
Ｒ上流側の周方向端面）１１ａ下部に衝突し、空隙１３
内に流入する。このように、端面１１ａと高温の燃焼ガ
ス流ＦＲとが衝突する状態では、燃焼ガス流ＦＲと端面
１１ａとの間はインピンジ熱伝達となる。このため、ガ
ス流ＦＲと端面１１ａとの間の熱伝達率は、内周面１１
ｃに沿ってガス流が流れる場合に較べて急激に上昇する
ようになり、端面１１ａの下部（端面１１ａと内周面１
１ｃとの角部）では、動翼８の通過毎に高温のガス流か
ら多量の熱を受けて、分割片温度が他の部分より大幅に
上昇するようになり、この角部に焼損や局所的な温度上
昇による亀裂などが生じる場合がある。
【０００９】前述の特開２０００−２５７４４７号公報
のように、この角部に沿って冷却空気を噴射し、フィル
ム冷却を行うことは、ある程度角部における温度上昇を
緩和することはできるものの、実際には、燃焼ガス旋回
流との衝突により冷却空気が乱されてしまい、良好な冷
却フィルムが形成できなくなり、充分な冷却を行うこと
ができない問題がある。本発明は上記問題に鑑み、分割
環の各分割片の角部における、燃焼ガス旋回流との衝突
による局所的温度上昇を低減し、角部の焼損を防止可能
なガスタービン分割環を提供することを目的としてい
る。
のように、この角部に沿って冷却空気を噴射し、フィル
ム冷却を行うことは、ある程度角部における温度上昇を
緩和することはできるものの、実際には、燃焼ガス旋回
流との衝突により冷却空気が乱されてしまい、良好な冷
却フィルムが形成できなくなり、充分な冷却を行うこと
ができない問題がある。本発明は上記問題に鑑み、分割
環の各分割片の角部における、燃焼ガス旋回流との衝突
による局所的温度上昇を低減し、角部の焼損を防止可能
なガスタービン分割環を提供することを目的としてい
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、ガスタービン動翼先端に対向するガスタービン
ケーシング内周面上に、複数の分割片を互いに所定の空
隙を空けて環状に配置したガスタービン分割環であっ
て、前記分割片はそれぞれ、両側の分割片端面とそれぞ
れ所定の空隙を隔てて対向する２つの周方向端面と、該
２つの周方向端面とほぼ直角に交差するとともにガスタ
ービン動翼先端に対向する内周面とを備え、前記各分割
片の２つの周方向端面のうち少なくとも一方の周方向端
面と前記内周面とは傾斜面により接続されていることを
特徴とするガスタービン分割環が提供される。
よれば、ガスタービン動翼先端に対向するガスタービン
ケーシング内周面上に、複数の分割片を互いに所定の空
隙を空けて環状に配置したガスタービン分割環であっ
て、前記分割片はそれぞれ、両側の分割片端面とそれぞ
れ所定の空隙を隔てて対向する２つの周方向端面と、該
２つの周方向端面とほぼ直角に交差するとともにガスタ
ービン動翼先端に対向する内周面とを備え、前記各分割
片の２つの周方向端面のうち少なくとも一方の周方向端
面と前記内周面とは傾斜面により接続されていることを
特徴とするガスタービン分割環が提供される。
【００１１】すなわち、請求項１の発明では、ガスター
ビン分割環の各分割片の周方向端面のどちらか一方また
は、両方の角部で、分割片内周面と周方向端面とを斜面
または円弧面で接続するようにしたことにより上記問題
を解決している。
ビン分割環の各分割片の周方向端面のどちらか一方また
は、両方の角部で、分割片内周面と周方向端面とを斜面
または円弧面で接続するようにしたことにより上記問題
を解決している。
【００１２】請求項２に記載の発明によれば、前記各分
割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、動翼回
転方向上流側の周方向端面と前記傾斜面で接続されてい
ることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分
割環が提供される。
割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、動翼回
転方向上流側の周方向端面と前記傾斜面で接続されてい
ることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分
割環が提供される。
【００１３】すなわち、請求項２の発明では、分割片の
動翼回転方向上流側の周方向端面と内周面とを傾斜面で
接続しているため、動翼が分割片間の空隙を通過する際
に、動翼先端付近の燃焼ガス旋回流は端面角部に衝突せ
ず、傾斜面に沿って流れるようになる。このため、燃焼
ガス旋回流と端面との衝突による熱伝達率の急激な上昇
が生じず、分割片の局所的温度上昇が抑制される。
動翼回転方向上流側の周方向端面と内周面とを傾斜面で
接続しているため、動翼が分割片間の空隙を通過する際
に、動翼先端付近の燃焼ガス旋回流は端面角部に衝突せ
ず、傾斜面に沿って流れるようになる。このため、燃焼
ガス旋回流と端面との衝突による熱伝達率の急激な上昇
が生じず、分割片の局所的温度上昇が抑制される。
【００１４】請求項３に記載の発明によれば、前記各分
割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、動翼回
転方向下流側の周方向端面と前記傾斜面で接続されてい
ることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分
割環が提供される。
割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、動翼回
転方向下流側の周方向端面と前記傾斜面で接続されてい
ることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分
割環が提供される。
【００１５】すなわち、請求項３の発明では、動翼回転
方向下流側の周方向端面と内周面とを傾斜面で接続して
いるため、動翼が分割片間の空隙に近づくにつれて動翼
先端と分割片内周面との距離が大きくなる。動翼先端と
分割片内周面との間隙は燃焼ガス旋回流の流路となって
いるため、これにより、燃焼ガス旋回流の流路断面積は
空隙に近づくにつれて増大するようになり、燃焼ガス旋
回流の流速は空隙通過時には上記流路拡大のために低下
することになる。このため、旋回流と分割片の角部との
衝突速度が低下し、衝突時の熱伝達率の増大が抑制され
るため、分割片の温度上昇が抑制される。
方向下流側の周方向端面と内周面とを傾斜面で接続して
いるため、動翼が分割片間の空隙に近づくにつれて動翼
先端と分割片内周面との距離が大きくなる。動翼先端と
分割片内周面との間隙は燃焼ガス旋回流の流路となって
いるため、これにより、燃焼ガス旋回流の流路断面積は
空隙に近づくにつれて増大するようになり、燃焼ガス旋
回流の流速は空隙通過時には上記流路拡大のために低下
することになる。このため、旋回流と分割片の角部との
衝突速度が低下し、衝突時の熱伝達率の増大が抑制され
るため、分割片の温度上昇が抑制される。
【００１６】請求項４に記載の発明によれば、前記各分
割片の内周面は、前記２つの周方向端面の両方とそれぞ
れ前記傾斜面で接続されていることを特徴とする、請求
項１に記載のガスタービン分割環が提供される。
割片の内周面は、前記２つの周方向端面の両方とそれぞ
れ前記傾斜面で接続されていることを特徴とする、請求
項１に記載のガスタービン分割環が提供される。
【００１７】すなわち、請求項４発明では、分割片の両
方の角部で内周面と端面とが傾斜面で接続されるため、
請求項２と請求項３との両方の効果を得ることができ、
旋回流と分割片との衝突時の熱伝達率の増大が抑制さ
れ、分割片の温度上昇が防止される。
方の角部で内周面と端面とが傾斜面で接続されるため、
請求項２と請求項３との両方の効果を得ることができ、
旋回流と分割片との衝突時の熱伝達率の増大が抑制さ
れ、分割片の温度上昇が防止される。
【００１８】請求項５に記載の発明によれば、ガスター
ビン動翼先端に対向するガスタービンケーシング内周面
上に、複数の分割片を互いに所定の空隙を空けて環状に
配置したガスタービン分割環であって、前記分割片はそ
れぞれ、両側の分割片端面とそれぞれ所定の空隙を隔て
て対向する２つの周方向端面と、該２つの周方向端面と
ほぼ直角に交差するとともにガスタービン動翼先端に対
向する内周面とを備え、前記各分割片の２つの周方向端
面のうち少なくとも一方の周方向端面と前記内周面とは
円弧面により接続されていることを特徴とするガスター
ビン分割環が提供される。
ビン動翼先端に対向するガスタービンケーシング内周面
上に、複数の分割片を互いに所定の空隙を空けて環状に
配置したガスタービン分割環であって、前記分割片はそ
れぞれ、両側の分割片端面とそれぞれ所定の空隙を隔て
て対向する２つの周方向端面と、該２つの周方向端面と
ほぼ直角に交差するとともにガスタービン動翼先端に対
向する内周面とを備え、前記各分割片の２つの周方向端
面のうち少なくとも一方の周方向端面と前記内周面とは
円弧面により接続されていることを特徴とするガスター
ビン分割環が提供される。
【００１９】また、請求項６に記載の発明によれば、前
記各分割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、
動翼回転方向上流側の周方向端面と前記円弧面で接続さ
れていることを特徴とする、請求項１に記載のガスター
ビン分割環が提供される。
記各分割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、
動翼回転方向上流側の周方向端面と前記円弧面で接続さ
れていることを特徴とする、請求項１に記載のガスター
ビン分割環が提供される。
【００２０】請求項７に記載の発明によれば、前記各分
割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、動翼回
転方向下流側の周方向端面と前記円弧で接続されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分割
環が提供される。
割片の内周面は、前記２つの周方向端面のうち、動翼回
転方向下流側の周方向端面と前記円弧で接続されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分割
環が提供される。
【００２１】請求項８に記載の発明によれば、前記各分
割片の内周面は、前記２つの周方向端面の両方とそれぞ
れ前記円弧面で接続されていることを特徴とする、請求
項１に記載のガスタービン分割環が提供される。
割片の内周面は、前記２つの周方向端面の両方とそれぞ
れ前記円弧面で接続されていることを特徴とする、請求
項１に記載のガスタービン分割環が提供される。
【００２２】すなわち、請求項５から請求項８の発明で
は、請求項１から請求項４の発明における分割片角部の
傾斜面の代わりに、周方向端面と内周面とは円弧面で接
続される。これにより、周方向端面と内周面とを傾斜面
で接続した場合と同等の効果を得ることができる。
は、請求項１から請求項４の発明における分割片角部の
傾斜面の代わりに、周方向端面と内周面とは円弧面で接
続される。これにより、周方向端面と内周面とを傾斜面
で接続した場合と同等の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図２は、本発明のガスター
ビン分割環の第１の実施形態における各分割片１１の形
状を説明する図であり、図２（Ａ）は分割片１１のター
ビン軸線方向の端面（図１のＩＩ−ＩＩ線方向端面）
を、図２（Ｂ）は周方向端面を、それぞれ示している。
実施形態について説明する。図２は、本発明のガスター
ビン分割環の第１の実施形態における各分割片１１の形
状を説明する図であり、図２（Ａ）は分割片１１のター
ビン軸線方向の端面（図１のＩＩ−ＩＩ線方向端面）
を、図２（Ｂ）は周方向端面を、それぞれ示している。
【００２４】図２（Ｂ）に示すように、各分割片１１の
タービン軸線を含む断面は概略Ｕ字形状をしており、そ
の周方向端面１１ａ、１１ｂには、それぞれシール板装
着用の溝１１ｄが設けられている。図２（Ａ）は、分割
片１１のタービン軸線方向上流側の端面１１ｅを示して
いる。図２（Ａ）に示すように、本実施形態では、分割
片１１の周方向端面１１ａ（動翼回転方向上流側端面）
と内周面１１ｃとは、比較的緩やかな傾斜面１１ｆで接
続されている。傾斜面１１ｆは、本実施形態では端面１
１ａのシール板装着用溝１１ｄの近傍端面１１ａと内周
面１１ｃとを接続している。
タービン軸線を含む断面は概略Ｕ字形状をしており、そ
の周方向端面１１ａ、１１ｂには、それぞれシール板装
着用の溝１１ｄが設けられている。図２（Ａ）は、分割
片１１のタービン軸線方向上流側の端面１１ｅを示して
いる。図２（Ａ）に示すように、本実施形態では、分割
片１１の周方向端面１１ａ（動翼回転方向上流側端面）
と内周面１１ｃとは、比較的緩やかな傾斜面１１ｆで接
続されている。傾斜面１１ｆは、本実施形態では端面１
１ａのシール板装着用溝１１ｄの近傍端面１１ａと内周
面１１ｃとを接続している。
【００２５】図３は、図２の分割片１１を用いて分割環
１０を組み立てた状態を模式的に示す、図１０と同様な
図である。図３に示すように、分割環片１１は周方向端
面１１ａと１１ｂとを対向させ、それぞれの端面の溝１
１ｄにシール板１５を介挿した状態でタービン動翼８を
囲むように遮熱環５に取り付けられる。シール板１５
は、高温燃焼ガスの分割片１１裏側への侵入を防止する
シールの役割を果たしている。図３に示すように、本実
施形態ではそれぞれの分割片１１は、傾斜面１１ｆを有
する周方向端面１１ａが動翼回転方向（矢印Ｒ）から見
て上流側に、もう一方の周方向端面１１ｂが下流側にな
るように配置されている。
１０を組み立てた状態を模式的に示す、図１０と同様な
図である。図３に示すように、分割環片１１は周方向端
面１１ａと１１ｂとを対向させ、それぞれの端面の溝１
１ｄにシール板１５を介挿した状態でタービン動翼８を
囲むように遮熱環５に取り付けられる。シール板１５
は、高温燃焼ガスの分割片１１裏側への侵入を防止する
シールの役割を果たしている。図３に示すように、本実
施形態ではそれぞれの分割片１１は、傾斜面１１ｆを有
する周方向端面１１ａが動翼回転方向（矢印Ｒ）から見
て上流側に、もう一方の周方向端面１１ｂが下流側にな
るように配置されている。
【００２６】図１０の場合と同様、本実施形態において
も、燃焼ガスの旋回流ＦＲは、動翼が分割片１１間の空
隙１３通過時には空隙１３内に侵入するが、各分割片１
１の動翼回転方向上流側の周方向端面１１ａには、傾斜
面１１ｆが設けられているため、端面１１ａに衝突する
ことなく、傾斜面１１ｆに沿って方向を変えて内周面１
１ｃに沿って流れるようになる。このため、旋回流ＦＲ
と分割片１１の周方向端面１１ａとの衝突が生じず、衝
突による熱伝達率の急激な局所的上昇が生じることが防
止される。なお、傾斜面１１ｆの傾斜は、緩いほど（図
３の角φが大きいほど）旋回流ＦＲを滑らかに傾斜面１
１ｆに沿って流すことができるため、熱伝達率の局所的
上昇を防止する上で好ましい。しかし、傾斜面１１ｆの
傾斜を緩くするほど傾斜面１１ｆの周方向長さは長くな
る。一方、傾斜面１１ｆ部分では、内周面１１ｃに較べ
てタービン動翼８先端と分割片との間の間隙が大きくな
るため、傾斜面１１ｆの傾斜を緩くするほど動翼先端９
との間の間隙が増大した部分の周方向幅が大きくなるこ
とになり、動翼８先端を越えて軸線方向（図３の紙面直
角方向）に洩れる燃焼ガス量が増大してしまい、タービ
ン効率が低下する。すなわち、分割片端部の局所的温度
上昇（傾斜面の長さ）とタービン効率とはトレードオフ
の関係になるため、傾斜面１１ｆの傾斜の最適値は、実
際のタービンの出力、運転状況などに合わせて実験的に
決定する事が好ましい。
も、燃焼ガスの旋回流ＦＲは、動翼が分割片１１間の空
隙１３通過時には空隙１３内に侵入するが、各分割片１
１の動翼回転方向上流側の周方向端面１１ａには、傾斜
面１１ｆが設けられているため、端面１１ａに衝突する
ことなく、傾斜面１１ｆに沿って方向を変えて内周面１
１ｃに沿って流れるようになる。このため、旋回流ＦＲ
と分割片１１の周方向端面１１ａとの衝突が生じず、衝
突による熱伝達率の急激な局所的上昇が生じることが防
止される。なお、傾斜面１１ｆの傾斜は、緩いほど（図
３の角φが大きいほど）旋回流ＦＲを滑らかに傾斜面１
１ｆに沿って流すことができるため、熱伝達率の局所的
上昇を防止する上で好ましい。しかし、傾斜面１１ｆの
傾斜を緩くするほど傾斜面１１ｆの周方向長さは長くな
る。一方、傾斜面１１ｆ部分では、内周面１１ｃに較べ
てタービン動翼８先端と分割片との間の間隙が大きくな
るため、傾斜面１１ｆの傾斜を緩くするほど動翼先端９
との間の間隙が増大した部分の周方向幅が大きくなるこ
とになり、動翼８先端を越えて軸線方向（図３の紙面直
角方向）に洩れる燃焼ガス量が増大してしまい、タービ
ン効率が低下する。すなわち、分割片端部の局所的温度
上昇（傾斜面の長さ）とタービン効率とはトレードオフ
の関係になるため、傾斜面１１ｆの傾斜の最適値は、実
際のタービンの出力、運転状況などに合わせて実験的に
決定する事が好ましい。
【００２７】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図４は、本発明の第２の実施形態を説明する図
３と同様な図であり、図３と同一の参照符号は同様な要
素を示している。本実施形態では、図２ｂと同様な傾斜
面１１ｆが各分割片１１の動翼８回転方向下流側の周方
向端面１１ｂに設けられている点が図２、図３の実施形
態と相違している。本実施形態では、動翼８の回転時に
動翼先端と分割片１１の傾斜面１１ｆとの間の間隙は分
割片１１間の間隙１３に近づくにつれて増大する。この
ため、燃焼ガス旋回流ＦＲの流路断面積が間隙１３に近
づくにつれて増大し、旋回流ＦＲの流速は間隙１３に近
づくにつれて低下する。従って、燃焼ガス旋回流ＦＲが
分割片１１の周方向上流側端面１１ａに衝突する際の旋
回流速度は、傾斜面１１ｆが設けられていない場合に較
べて大幅に低下することになる。このため、本実施形態
では端面１１ａと旋回流との衝突が生じた際の局所的な
熱伝達の増大も抑制されるようになり、分割片１１端面
１１ａにおける局所的な温度上昇幅も小さくなる。
明する。図４は、本発明の第２の実施形態を説明する図
３と同様な図であり、図３と同一の参照符号は同様な要
素を示している。本実施形態では、図２ｂと同様な傾斜
面１１ｆが各分割片１１の動翼８回転方向下流側の周方
向端面１１ｂに設けられている点が図２、図３の実施形
態と相違している。本実施形態では、動翼８の回転時に
動翼先端と分割片１１の傾斜面１１ｆとの間の間隙は分
割片１１間の間隙１３に近づくにつれて増大する。この
ため、燃焼ガス旋回流ＦＲの流路断面積が間隙１３に近
づくにつれて増大し、旋回流ＦＲの流速は間隙１３に近
づくにつれて低下する。従って、燃焼ガス旋回流ＦＲが
分割片１１の周方向上流側端面１１ａに衝突する際の旋
回流速度は、傾斜面１１ｆが設けられていない場合に較
べて大幅に低下することになる。このため、本実施形態
では端面１１ａと旋回流との衝突が生じた際の局所的な
熱伝達の増大も抑制されるようになり、分割片１１端面
１１ａにおける局所的な温度上昇幅も小さくなる。
【００２８】図５は、本発明の第３の実施形態を説明す
る図３と同様な図であり、図３と同一の参照符号は同様
な要素を示している。図５に示すように、本実施形態で
は図２、図４の実施形態と同様な傾斜面１１ｆが、分割
片の動翼回転方向上流側と下流側の両方の周方向端面１
１ａ、１１ｂに設けられている。これにより、図４と同
様に空隙１３流入時の燃焼ガス旋回流速度が低下すると
ともに、更に旋回流は端面１１ａと衝突することなく端
面１１側の傾斜面１１ｆに沿って流れるようになる。こ
のため、分割片１１の局所的温度上昇は極めて小さくな
る。
る図３と同様な図であり、図３と同一の参照符号は同様
な要素を示している。図５に示すように、本実施形態で
は図２、図４の実施形態と同様な傾斜面１１ｆが、分割
片の動翼回転方向上流側と下流側の両方の周方向端面１
１ａ、１１ｂに設けられている。これにより、図４と同
様に空隙１３流入時の燃焼ガス旋回流速度が低下すると
ともに、更に旋回流は端面１１ａと衝突することなく端
面１１側の傾斜面１１ｆに沿って流れるようになる。こ
のため、分割片１１の局所的温度上昇は極めて小さくな
る。
【００２９】図６から図８は本発明の第４から第６の実
施形態を示す図３と同様な図である。上述の図２から図
５の実施形態では、分割片１１の上流側または／及び下
流側の周方向端面と内周面１１ｃとを平面状の傾斜面１
１ｆで接続していたが、これらの実施形態では、傾斜面
１１ｆに代えて円弧面１１ｇを用いて周方向端面と内周
面１１ｃとを接続している点が上述の各実施形態と相違
している。
施形態を示す図３と同様な図である。上述の図２から図
５の実施形態では、分割片１１の上流側または／及び下
流側の周方向端面と内周面１１ｃとを平面状の傾斜面１
１ｆで接続していたが、これらの実施形態では、傾斜面
１１ｆに代えて円弧面１１ｇを用いて周方向端面と内周
面１１ｃとを接続している点が上述の各実施形態と相違
している。
【００３０】このように、分割片端面と内周面とを円弧
面（すなわちタービン軸線に平行な中心軸線周りの円筒
面）１１ｇで接続することにより、端面或いは内周面と
円弧面との接続部は滑らかに接合されるようになる。こ
のため、これらの実施形態では、上述の各実施形態と同
様に、分割片１１に局所的な温度上昇が生じることが防
止される他、熱応力の集中が生じやすい角部が排除され
るため、更に分割片の亀裂などが生じにくくなる。
面（すなわちタービン軸線に平行な中心軸線周りの円筒
面）１１ｇで接続することにより、端面或いは内周面と
円弧面との接続部は滑らかに接合されるようになる。こ
のため、これらの実施形態では、上述の各実施形態と同
様に、分割片１１に局所的な温度上昇が生じることが防
止される他、熱応力の集中が生じやすい角部が排除され
るため、更に分割片の亀裂などが生じにくくなる。
【００３１】なお、円弧面１１ｇは、図３から図５の実
施形態と同様に、分割片１１の動翼回転方向上流側の周
方向端面１１ａのみ（図６）、下流側周方向端面１１ｂ
のみ（図７）、或いは１１ａと１１ｂとの両方（図８）
に設けるようにすれば、それぞれ図３から図５と同様の
局所的温度上昇防止効果を得ることができる。
施形態と同様に、分割片１１の動翼回転方向上流側の周
方向端面１１ａのみ（図６）、下流側周方向端面１１ｂ
のみ（図７）、或いは１１ａと１１ｂとの両方（図８）
に設けるようにすれば、それぞれ図３から図５と同様の
局所的温度上昇防止効果を得ることができる。
【００３２】なお、図６から図８の実施形態において
も、円弧面１１ｇの曲率（半径）は、実際のガスタービ
ンの運転状況、出力などに応じて実験により設定するこ
とが好ましい。
も、円弧面１１ｇの曲率（半径）は、実際のガスタービ
ンの運転状況、出力などに応じて実験により設定するこ
とが好ましい。
【００３３】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、ガスタ
ービン分割環を形成する分割片において、動翼回転方向
上流側の周方向端面に局所的な温度上昇が生じることが
防止されるという、共通の効果を奏する。また、請求項
５から請求項８に記載の発明によれば、上記共通の効果
に加えて、分割片周方向に角部が生じないため、角部に
熱応力の集中することが防止され、分割片の亀裂が生じ
ることが防止される効果を奏する。
ービン分割環を形成する分割片において、動翼回転方向
上流側の周方向端面に局所的な温度上昇が生じることが
防止されるという、共通の効果を奏する。また、請求項
５から請求項８に記載の発明によれば、上記共通の効果
に加えて、分割片周方向に角部が生じないため、角部に
熱応力の集中することが防止され、分割片の亀裂が生じ
ることが防止される効果を奏する。
【図１】ガスタービン分割環の配置を示すガスタービン
ケーシングの断面図である。
ケーシングの断面図である。
【図２】本発明のガスタービン分割環の第１の実施形態
における各分割片の形状を説明する図である。
における各分割片の形状を説明する図である。
【図３】図２の分割片を用いたガスタービン分割環の配
置を模式的に示す図である。
置を模式的に示す図である。
【図４】本発明のガスタービン分割環の第２の実施形態
を説明する図３と同様な図である。
を説明する図３と同様な図である。
【図５】本発明のガスタービン分割環の第３の実施形態
を説明する図３と同様な図である。
を説明する図３と同様な図である。
【図６】本発明のガスタービン分割環の第４の実施形態
を説明する図３と同様な図である。
を説明する図３と同様な図である。
【図７】本発明のガスタービン分割環の第５の実施形態
を説明する図３と同様な図である。
を説明する図３と同様な図である。
【図８】本発明のガスタービン分割環の第６の実施形態
を説明する図３と同様な図である。
を説明する図３と同様な図である。
【図９】従来技術の問題点を説明する図である。
【図１０】従来技術の問題点を説明する図である。
１…タービンケーシング ５…遮熱環 ８…動翼 ９…静翼 １０…ガスタービン分割環 １１…分割片 １１ａ、１１ｂ…周方向端面 １１ｃ…内周面 １１ｆ…傾斜面 １１ｇ…円弧面
フロントページの続き (72)発明者 富田 康意 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3G002 GA02 GB00 HA08
Claims (8)
- 【請求項１】 ガスタービン動翼先端に対向するガスタ
ービンケーシング内周面上に、複数の分割片を互いに所
定の空隙を空けて環状に配置したガスタービン分割環で
あって、 前記分割片はそれぞれ、両側の分割片端面とそれぞれ所
定の空隙を隔てて対向する２つの周方向端面と、該２つ
の周方向端面とほぼ直角に交差するとともにガスタービ
ン動翼先端に対向する内周面とを備え、前記各分割片の
２つの周方向端面のうち少なくとも一方の周方向端面と
前記内周面とは傾斜面により接続されていることを特徴
とするガスタービン分割環。 - 【請求項２】 前記各分割片の内周面は、前記２つの周
方向端面のうち、動翼回転方向上流側の周方向端面と前
記傾斜面で接続されていることを特徴とする、請求項１
に記載のガスタービン分割環。 - 【請求項３】 前記各分割片の内周面は、前記２つの周
方向端面のうち、動翼回転方向下流側の周方向端面と前
記傾斜面で接続されていることを特徴とする、請求項１
に記載のガスタービン分割環。 - 【請求項４】 前記各分割片の内周面は、前記２つの周
方向端面の両方とそれぞれ前記傾斜面で接続されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分割
環。 - 【請求項５】 ガスタービン動翼先端に対向するガスタ
ービンケーシング内周面上に、複数の分割片を互いに所
定の空隙を空けて環状に配置したガスタービン分割環で
あって、 前記分割片はそれぞれ、両側の分割片端面とそれぞれ所
定の空隙を隔てて対向する２つの周方向端面と、該２つ
の周方向端面とほぼ直角に交差するとともにガスタービ
ン動翼先端に対向する内周面とを備え、前記各分割片の
２つの周方向端面のうち少なくとも一方の周方向端面と
前記内周面とは円弧面により接続されていることを特徴
とするガスタービン分割環。 - 【請求項６】 前記各分割片の内周面は、前記２つの周
方向端面のうち、動翼回転方向上流側の周方向端面と前
記円弧面で接続されていることを特徴とする、請求項１
に記載のガスタービン分割環。 - 【請求項７】 前記各分割片の内周面は、前記２つの周
方向端面のうち、動翼回転方向下流側の周方向端面と前
記円弧で接続されていることを特徴とする、請求項１に
記載のガスタービン分割環。 - 【請求項８】 前記各分割片の内周面は、前記２つの周
方向端面の両方とそれぞれ前記円弧面で接続されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン分割
環。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001006451A JP2002213207A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | ガスタービン分割環 |
| CA002367570A CA2367570C (en) | 2001-01-15 | 2002-01-14 | Split ring for gas turbine casing |
| DE60203421T DE60203421T2 (de) | 2001-01-15 | 2002-01-14 | Geteilter Gehäusering für Gasturbinen |
| EP02000817A EP1225308B1 (en) | 2001-01-15 | 2002-01-14 | Split ring for gas turbine casing |
| US10/043,201 US6533542B2 (en) | 2001-01-15 | 2002-01-14 | Split ring for gas turbine casing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001006451A JP2002213207A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | ガスタービン分割環 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002213207A true JP2002213207A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18874339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001006451A Pending JP2002213207A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | ガスタービン分割環 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1225308B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002213207A (ja) |
| CA (1) | CA2367570C (ja) |
| DE (1) | DE60203421T2 (ja) |
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| JP2017160885A (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 株式会社Ihi | タービンノズル |
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