JP2002213209A - 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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- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
- F01D11/18—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービン分割環に関し、ガスタービンの
運転時（高温時）における動翼先端との間のチップクリ
アランスを確保する。 【解決手段】 ２つの車室取付用フランジ４，５の間の
外側周面１ｂに、周方向に延びる周方向リブ１０ｂと、
軸方向に延びる、周方向リブ１０ｂよりも丈の高い軸方
向リブ１０ａとをそれぞれ複数列形成して、周方向の熱
変形よりもチップクリアランスの減少に大きく寄与する
軸方向の熱変形を、より有効に抑える。
運転時（高温時）における動翼先端との間のチップクリ
アランスを確保する。 【解決手段】 ２つの車室取付用フランジ４，５の間の
外側周面１ｂに、周方向に延びる周方向リブ１０ｂと、
軸方向に延びる、周方向リブ１０ｂよりも丈の高い軸方
向リブ１０ａとをそれぞれ複数列形成して、周方向の熱
変形よりもチップクリアランスの減少に大きく寄与する
軸方向の熱変形を、より有効に抑える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンの分割
環に関し、詳細には、ガスタービンの運転時（高温時）
における動翼先端との間の間隔（チップクリアランス）
を適正に確保する分割環に関するものである。
環に関し、詳細には、ガスタービンの運転時（高温時）
における動翼先端との間の間隔（チップクリアランス）
を適正に確保する分割環に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、ガスタービンのガス通路部分
で前段の部分を示す一般的な断面図である。図におい
て、燃焼器３０の取付フランジ３１には、１段静翼（１
ｃ）３２の両端を固定してなる外側シュラウド３３およ
び内側シュラウド３４が固定されており、１段静翼３２
は、タービンの軸回りの周方向に複数枚が配置されて、
静止側の車室に固定されている。
で前段の部分を示す一般的な断面図である。図におい
て、燃焼器３０の取付フランジ３１には、１段静翼（１
ｃ）３２の両端を固定してなる外側シュラウド３３およ
び内側シュラウド３４が固定されており、１段静翼３２
は、タービンの軸回りの周方向に複数枚が配置されて、
静止側の車室に固定されている。
【０００３】１段静翼３２の下流側には、１段動翼（１
ｓ）３５が周方向に複数枚配置されており、この１段動
翼３５は、プラットフォーム３６に固定され、プラット
フォーム３６は、ロータディスクの周囲に取り付けられ
ており、１段動翼３５はロータと共に回転する。また、
１段動翼３５先端が近接する周囲には、複数の分割数か
らなる円環状の分割環４２が取り付けられ、車室側に固
定されている。
ｓ）３５が周方向に複数枚配置されており、この１段動
翼３５は、プラットフォーム３６に固定され、プラット
フォーム３６は、ロータディスクの周囲に取り付けられ
ており、１段動翼３５はロータと共に回転する。また、
１段動翼３５先端が近接する周囲には、複数の分割数か
らなる円環状の分割環４２が取り付けられ、車室側に固
定されている。
【０００４】１段動翼３５の下流側には、両端が外側シ
ュラウド３８、内側シュラウド３９に固定された２段静
翼（２ｃ）３７が、１段静翼３２と同様に、周方向に複
数枚が静止側に取り付けられている。また、２段静翼３
７の下流側にはさらに、２段動翼（２ｓ）４０がプラッ
トフォーム４１を介してロータディスクに取り付けら
れ、２段動翼４０の先端が近接する周囲には、同様に複
数の分割数をもった円環状の分割環４３が取付けられて
いる。
ュラウド３８、内側シュラウド３９に固定された２段静
翼（２ｃ）３７が、１段静翼３２と同様に、周方向に複
数枚が静止側に取り付けられている。また、２段静翼３
７の下流側にはさらに、２段動翼（２ｓ）４０がプラッ
トフォーム４１を介してロータディスクに取り付けら
れ、２段動翼４０の先端が近接する周囲には、同様に複
数の分割数をもった円環状の分割環４３が取付けられて
いる。
【０００５】このような翼の配列を有するガスタービン
は例えば４段で構成され、燃焼器３０で燃焼して得られ
た高温ガス５０は、１段静翼３２から流入し、２段〜４
段の各翼間を流れる過程において膨張して、それぞれ各
動翼３５，４０等を回転させてロータに回転動力を与え
つつ、外部に排出される。
は例えば４段で構成され、燃焼器３０で燃焼して得られ
た高温ガス５０は、１段静翼３２から流入し、２段〜４
段の各翼間を流れる過程において膨張して、それぞれ各
動翼３５，４０等を回転させてロータに回転動力を与え
つつ、外部に排出される。
【０００６】図１１は、１段動翼３５の先端が近接する
詳細な分割環４２の断面図である。図において、インピ
ンジメント板６０には、多数の冷却孔６１が貫通して設
けられ、このインピンジメント板６０は遮熱環６５に取
り付けられている。
詳細な分割環４２の断面図である。図において、インピ
ンジメント板６０には、多数の冷却孔６１が貫通して設
けられ、このインピンジメント板６０は遮熱環６５に取
り付けられている。
【０００７】分割環４２も、高温ガス５０である主流ガ
ス８０の上下流両側に形成された車室取付用フランジに
よって遮熱環６５に取り付けられるとともに、内部に
は、冷却空気が流通する多数の冷却通路６４が、主流ガ
ス８０の流れ方向に穿設され、この冷却通路６４の一方
の開口６３は、分割環４２の上流側の外側周面に開口
し、他方の開口は、下流側の端面に開口している。
ス８０の上下流両側に形成された車室取付用フランジに
よって遮熱環６５に取り付けられるとともに、内部に
は、冷却空気が流通する多数の冷却通路６４が、主流ガ
ス８０の流れ方向に穿設され、この冷却通路６４の一方
の開口６３は、分割環４２の上流側の外側周面に開口
し、他方の開口は、下流側の端面に開口している。
【０００８】上記構成において、圧縮機から抽気する
か、もしくは外部の冷却空気供給源から供給された冷却
空気７０は、インピンジメント板６０の冷却孔６１から
キャビティ６２内に流入し、キャビティ６２内に流入し
た冷却空気７０は分割環４２に衝突して分割環４２を強
制冷却し、さらに冷却空気７０はキャビティ６２内の開
口６３から冷却通路６４内に流入し、分割環４２をさら
に内部から冷却し、下流側の開口から主流ガス８０中に
放出される。
か、もしくは外部の冷却空気供給源から供給された冷却
空気７０は、インピンジメント板６０の冷却孔６１から
キャビティ６２内に流入し、キャビティ６２内に流入し
た冷却空気７０は分割環４２に衝突して分割環４２を強
制冷却し、さらに冷却空気７０はキャビティ６２内の開
口６３から冷却通路６４内に流入し、分割環４２をさら
に内部から冷却し、下流側の開口から主流ガス８０中に
放出される。
【０００９】図１２は、上記分割環４２の斜視図であ
る。図示のように、分割環４２は、タービンの軸回りの
周方向に複数個に分割された分割構造部からなり、この
分割構造部を複数個、周方向に連接することによって、
全体として円環状の分割環４２が形成される。分割環４
２の外側（図示において上側）には、インピンジメント
板６０が設けれ、このインピンジメント板６０と分割環
４２の凹部とによって、キャビティ６２が形成される。
る。図示のように、分割環４２は、タービンの軸回りの
周方向に複数個に分割された分割構造部からなり、この
分割構造部を複数個、周方向に連接することによって、
全体として円環状の分割環４２が形成される。分割環４
２の外側（図示において上側）には、インピンジメント
板６０が設けれ、このインピンジメント板６０と分割環
４２の凹部とによって、キャビティ６２が形成される。
【００１０】インピンジメント板６０には多数の冷却孔
６１が形成されており、冷却空気７０は、冷却孔６１か
らキャビティ６２内に流入し、分割環４２の外側周面に
衝突し、分割環４２を外側周面から冷却し、冷却空気７
０は開口６３から冷却通路６４内に流入し、冷却通路６
４内を流れて端面から主流ガス８０中へ放出され、この
冷却通路６４内流通過程において、分割環４２を内部か
ら冷却している。
６１が形成されており、冷却空気７０は、冷却孔６１か
らキャビティ６２内に流入し、分割環４２の外側周面に
衝突し、分割環４２を外側周面から冷却し、冷却空気７
０は開口６３から冷却通路６４内に流入し、冷却通路６
４内を流れて端面から主流ガス８０中へ放出され、この
冷却通路６４内流通過程において、分割環４２を内部か
ら冷却している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ガス
タービンの分割環は冷却空気によって冷却されている
が、ガスタービンの運転時には、分割環の表面は非常に
高温の主流ガス８０に晒されるため、周方向および軸方
向ともに熱膨張する。
タービンの分割環は冷却空気によって冷却されている
が、ガスタービンの運転時には、分割環の表面は非常に
高温の主流ガス８０に晒されるため、周方向および軸方
向ともに熱膨張する。
【００１２】ガスタービンの動翼の先端と分割環の内周
面との間隔は、運転時である高温時には、遠心力および
熱膨張の影響によって、非運転時である低温時に比べて
小さくなるが、通常は、この間隔の変化量を考慮したう
えで、チップクリアランスの設計値、管理値が決定され
る。しかし、実際には、分割環の内周側と外周側との温
度差によって、分割環の内周面が、円筒面の一部をなす
形状ではない形状に変形してしまう場合が多く、回転す
る動翼と静止している分割環とが干渉して、両者が損傷
するおそれがある。
面との間隔は、運転時である高温時には、遠心力および
熱膨張の影響によって、非運転時である低温時に比べて
小さくなるが、通常は、この間隔の変化量を考慮したう
えで、チップクリアランスの設計値、管理値が決定され
る。しかし、実際には、分割環の内周側と外周側との温
度差によって、分割環の内周面が、円筒面の一部をなす
形状ではない形状に変形してしまう場合が多く、回転す
る動翼と静止している分割環とが干渉して、両者が損傷
するおそれがある。
【００１３】そこで、本出願人は、この高温時の熱変形
を抑えるために、分割環を構成する分割構造部の、２つ
の車室取付用フランジの間の外側周面に、周方向に延び
る周方向リブと、円環状の軸に平行な方向に延びる軸方
向リブとを複数列形成して、全体としてワッフル格子状
のリブを設けた分割環を提案している（特願２０００−
６２４９２号）。この発明によれば、ワッフル格子状の
リブが、熱変形を抑制し、適正なチップクリアランスを
確保することが可能となる。
を抑えるために、分割環を構成する分割構造部の、２つ
の車室取付用フランジの間の外側周面に、周方向に延び
る周方向リブと、円環状の軸に平行な方向に延びる軸方
向リブとを複数列形成して、全体としてワッフル格子状
のリブを設けた分割環を提案している（特願２０００−
６２４９２号）。この発明によれば、ワッフル格子状の
リブが、熱変形を抑制し、適正なチップクリアランスを
確保することが可能となる。
【００１４】しかし、上述した本出願人による提案、す
なわちワッフル格子状のリブの形成によっても、分割環
の熱変形を必ずしも十分に抑制することはできていな
い。
なわちワッフル格子状のリブの形成によっても、分割環
の熱変形を必ずしも十分に抑制することはできていな
い。
【００１５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、ガスタービンの運転時（高温時）における動翼先
端との間のチップクリアランスを確保することを可能に
した分割環を提供することを目的とする。
あり、ガスタービンの運転時（高温時）における動翼先
端との間のチップクリアランスを確保することを可能に
した分割環を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、請求項１に記載のガスタービンの分割環は、動
翼先端と所定の間隔を保って車室内周面に配設され、高
温ガスの上下流両側には、それぞれ周方向に伸びる車室
取付用フランジを有してなる分割構造部からなり、前記
分割構造部が周方向に複数連接された、全体として円環
状の、ガスタービンの分割環において、前記分割構造部
の、前記２つの車室取付用フランジの間の外側周面に
は、前記周方向に延びる周方向リブと、前記円環状の軸
に平行な方向に延び、かつ前記周方向リブよりも丈の高
い軸方向リブとがそれぞれ複数列形成されていることを
特徴とする。すなわちこのガスタービンの分割環は、そ
の外側周面に形成されたワッフル格子状のリブのうち、
軸方向リブを、周方向リブよりも高く形成したものであ
る。
るため、請求項１に記載のガスタービンの分割環は、動
翼先端と所定の間隔を保って車室内周面に配設され、高
温ガスの上下流両側には、それぞれ周方向に伸びる車室
取付用フランジを有してなる分割構造部からなり、前記
分割構造部が周方向に複数連接された、全体として円環
状の、ガスタービンの分割環において、前記分割構造部
の、前記２つの車室取付用フランジの間の外側周面に
は、前記周方向に延びる周方向リブと、前記円環状の軸
に平行な方向に延び、かつ前記周方向リブよりも丈の高
い軸方向リブとがそれぞれ複数列形成されていることを
特徴とする。すなわちこのガスタービンの分割環は、そ
の外側周面に形成されたワッフル格子状のリブのうち、
軸方向リブを、周方向リブよりも高く形成したものであ
る。
【００１７】このように周方向リブよりも軸方向リブの
丈を高くするのは、本願発明者らが、周方向の熱変形よ
りも軸方向の熱変形の方が、チップクリアランスの減少
に大きく寄与していることを、シミュレーションにより
見いだしたことに基づいている。また、インピンジメン
ト板の冷却孔を通して供給された冷却空気が、分割環外
側周面上に形成された冷却通路入口に流れるのを阻害し
ないようにする点からも、周方向リブの高さを抑制して
いる。
丈を高くするのは、本願発明者らが、周方向の熱変形よ
りも軸方向の熱変形の方が、チップクリアランスの減少
に大きく寄与していることを、シミュレーションにより
見いだしたことに基づいている。また、インピンジメン
ト板の冷却孔を通して供給された冷却空気が、分割環外
側周面上に形成された冷却通路入口に流れるのを阻害し
ないようにする点からも、周方向リブの高さを抑制して
いる。
【００１８】すなわち、分割環は、前述したように、周
方向に複数個の分割構造部を連接して形成されている
が、その連接部分には、高温時の熱膨張を予め見込んだ
間隙が形成されているため、その間隙部分において熱変
形をある程度吸収することができるのに対して、軸方向
は、２つの車室取付用フランジが車室に隙なく取り付け
られているため、熱変形を吸収することができず、２つ
の車室取付用フランジ間の周壁部分が動翼側に突出して
チップクリアランスを小さくしている。
方向に複数個の分割構造部を連接して形成されている
が、その連接部分には、高温時の熱膨張を予め見込んだ
間隙が形成されているため、その間隙部分において熱変
形をある程度吸収することができるのに対して、軸方向
は、２つの車室取付用フランジが車室に隙なく取り付け
られているため、熱変形を吸収することができず、２つ
の車室取付用フランジ間の周壁部分が動翼側に突出して
チップクリアランスを小さくしている。
【００１９】そこで、この発明に係るガスタービンの分
割環によれば、その外側周面に形成されたワッフル格子
状のリブのうち、軸方向リブを、周方向リブよりも高く
形成することによって、軸方向の断面係数を従来よりも
大きくし、周方向の熱変形量よりもチップクリアランス
の変動に対して大きく寄与する軸方向についての熱変形
量を従来よりも小さくして、温度差によるチップクリア
ランスの変動を従来よりも抑制することができる。
割環によれば、その外側周面に形成されたワッフル格子
状のリブのうち、軸方向リブを、周方向リブよりも高く
形成することによって、軸方向の断面係数を従来よりも
大きくし、周方向の熱変形量よりもチップクリアランス
の変動に対して大きく寄与する軸方向についての熱変形
量を従来よりも小さくして、温度差によるチップクリア
ランスの変動を従来よりも抑制することができる。
【００２０】また請求項２に記載のガスタービンの分割
環は、請求項１に記載のガスタービンの分割環におい
て、ガスタービンの運転時における熱変形状態におい
て、前記分割構造部の内側周面と前記動翼先端とが所望
の間隔となるような前記熱変形前の形状で形成されたこ
とを特徴とする。すなわち、熱変形後の状態でチップク
リアランスが所定のものとなるように、予め熱変形を見
込んだ形状で、分割環を形成するものである。
環は、請求項１に記載のガスタービンの分割環におい
て、ガスタービンの運転時における熱変形状態におい
て、前記分割構造部の内側周面と前記動翼先端とが所望
の間隔となるような前記熱変形前の形状で形成されたこ
とを特徴とする。すなわち、熱変形後の状態でチップク
リアランスが所定のものとなるように、予め熱変形を見
込んだ形状で、分割環を形成するものである。
【００２１】このガスタービンの分割環によれば、軸方
向リブを、周方向リブよりも高く形成することによっ
て、軸方向についての熱変形量を従来よりも小さくしつ
つも、なお生じる熱変形を予め見込んで、熱変形前の分
割環の形状を形成することによって、熱変形後のチップ
クリアランスをさらに適切なものとすることができる。
向リブを、周方向リブよりも高く形成することによっ
て、軸方向についての熱変形量を従来よりも小さくしつ
つも、なお生じる熱変形を予め見込んで、熱変形前の分
割環の形状を形成することによって、熱変形後のチップ
クリアランスをさらに適切なものとすることができる。
【００２２】また請求項３に記載のガスタービンの分割
環は、動翼先端と所定の間隔を保って車室内周面に配設
され、高温ガスの上下流両側には、それぞれ周方向に伸
びる車室取付用フランジを有してなる分割構造部からな
り、前記分割構造部が周方向に複数連接された、全体と
して円環状の、ガスタービンの分割環において、前記ガ
スタービンの運転時における熱変形状態において、前記
分割構造部の内側周面と前記動翼先端とが所望の間隔と
なるような前記熱変形前の形状で形成されたことを特徴
とする。
環は、動翼先端と所定の間隔を保って車室内周面に配設
され、高温ガスの上下流両側には、それぞれ周方向に伸
びる車室取付用フランジを有してなる分割構造部からな
り、前記分割構造部が周方向に複数連接された、全体と
して円環状の、ガスタービンの分割環において、前記ガ
スタービンの運転時における熱変形状態において、前記
分割構造部の内側周面と前記動翼先端とが所望の間隔と
なるような前記熱変形前の形状で形成されたことを特徴
とする。
【００２３】このガスタービンの分割環は、ワッフル格
子状のリブの有無に拘わらず、熱変形後の状態でチップ
クリアランスが所定のものとなるように、予め熱変形を
見込んだ形状で、分割環を形成するものである。
子状のリブの有無に拘わらず、熱変形後の状態でチップ
クリアランスが所定のものとなるように、予め熱変形を
見込んだ形状で、分割環を形成するものである。
【００２４】このガスタービンの分割環によれば、熱変
形を予め見込んで、熱変形前の分割環の形状を形成する
ことによって、熱変形後のチップクリアランスを適切な
ものとすることができる。
形を予め見込んで、熱変形前の分割環の形状を形成する
ことによって、熱変形後のチップクリアランスを適切な
ものとすることができる。
【００２５】また請求項４に記載のガスタービンの分割
環は、請求項２または３に記載のガスタービンの分割環
において、熱変形前の形状は、前記内側周面と前記動翼
との間の間隔が、前記内側周面の略中央部から前記上下
流両側に離れるにしたがって小さくなる形状であること
を特徴とする。
環は、請求項２または３に記載のガスタービンの分割環
において、熱変形前の形状は、前記内側周面と前記動翼
との間の間隔が、前記内側周面の略中央部から前記上下
流両側に離れるにしたがって小さくなる形状であること
を特徴とする。
【００２６】すなわち、このガスタービンの分割環は、
熱変形の見込みを具体的にしたものであり、熱変形後に
おいては、分割環の内側周面の軸方向における略中央部
が最も、動翼の先端側に突出するため、熱変形前には、
この略中央部におけるチップクリアランスが最も大きく
なるように形成し、この略中央部から両車室取付用フラ
ンジ側に離れるのにしたがって、チップクリアランスが
小さくなるように形成したものである。
熱変形の見込みを具体的にしたものであり、熱変形後に
おいては、分割環の内側周面の軸方向における略中央部
が最も、動翼の先端側に突出するため、熱変形前には、
この略中央部におけるチップクリアランスが最も大きく
なるように形成し、この略中央部から両車室取付用フラ
ンジ側に離れるのにしたがって、チップクリアランスが
小さくなるように形成したものである。
【００２７】このように形成されたガスタービンの分割
環によれば、最も熱変形量が大きな分割環の内側周面の
軸方向における略中央部も、熱変形後において、チップ
クリアランスが適切なものとなる。なお、この内側周面
の形状はさらに具体的には、樽型内周面の形状や、球殻
内周面の形状、断面が放物線となる形状など、種々の形
状を適用することができる。
環によれば、最も熱変形量が大きな分割環の内側周面の
軸方向における略中央部も、熱変形後において、チップ
クリアランスが適切なものとなる。なお、この内側周面
の形状はさらに具体的には、樽型内周面の形状や、球殻
内周面の形状、断面が放物線となる形状など、種々の形
状を適用することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明のガスタービンの分
割環の実施の形態について、図面を用いて具体的に説明
する。
割環の実施の形態について、図面を用いて具体的に説明
する。
【００２９】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１であるガスタービンの分割環１を示し、（１）は
断面図、（２）は（１）におけるＡ−Ａ線矢視を示す図
である。図１において、分割環１は、円環状の分割環を
構成する複数の分割構造部のうち一つを示し、従来の分
割構造部と同様に、遮熱環６５に取り付けられ、キャビ
ティ６２内に開口６３を有し、主流ガス８０の下流側の
端面に開口する多数の冷却通路６４が設けられている。
また、インピンジメント板６０も従来と同様に、遮熱環
６５に取り付けられている。分割環１の上下流両端に
は、周方向に延びる車室取付用フランジ４，５が設けら
れている。
形態１であるガスタービンの分割環１を示し、（１）は
断面図、（２）は（１）におけるＡ−Ａ線矢視を示す図
である。図１において、分割環１は、円環状の分割環を
構成する複数の分割構造部のうち一つを示し、従来の分
割構造部と同様に、遮熱環６５に取り付けられ、キャビ
ティ６２内に開口６３を有し、主流ガス８０の下流側の
端面に開口する多数の冷却通路６４が設けられている。
また、インピンジメント板６０も従来と同様に、遮熱環
６５に取り付けられている。分割環１の上下流両端に
は、周方向に延びる車室取付用フランジ４，５が設けら
れている。
【００３０】分割環１の外側周面１ｂには、ワッフル格
子状リブ１０が形成されており、このワッフル格子状リ
ブ１０は、周方向に延びる周方向リブ１０ｂと、軸方向
に延びる軸方向リブ１０ａとからなる。ここで周方向リ
ブ１０ｂの丈は、３ｍｍであるのに対して、軸方向リブ
１０ａの丈は周方向リブ１０ｂよりも高い１２ｍｍに形
成されている。
子状リブ１０が形成されており、このワッフル格子状リ
ブ１０は、周方向に延びる周方向リブ１０ｂと、軸方向
に延びる軸方向リブ１０ａとからなる。ここで周方向リ
ブ１０ｂの丈は、３ｍｍであるのに対して、軸方向リブ
１０ａの丈は周方向リブ１０ｂよりも高い１２ｍｍに形
成されている。
【００３１】図２は、単一の分割環１の斜視図であり、
この分割環１を、動翼３５の先端に近接して適切なチッ
プクリアランスＣを保つように、図示周方向に複数個連
接することによって、全体として円環状の分割環１が構
成される。連接する数は、円環状の一周分を配列するた
めに、分割環の大きさと配置円周長に応じて決定される
（例えば４０個程度）。
この分割環１を、動翼３５の先端に近接して適切なチッ
プクリアランスＣを保つように、図示周方向に複数個連
接することによって、全体として円環状の分割環１が構
成される。連接する数は、円環状の一周分を配列するた
めに、分割環の大きさと配置円周長に応じて決定される
（例えば４０個程度）。
【００３２】上記構成の分割環１において、図１に示す
ように圧縮機から、あるいは他の供給源から抽気された
冷却空気７０は、インピンジメント板６０に形成された
多数の冷却孔６１からキャビティ６２内へ流入し、分割
環１の外側周面１ｂに衝突し、分割環１をインピンジ冷
却すると共に、開口６３から冷却通路６４へ流入し、冷
却通路６４を、分割環１内を冷却しながら流れ、下流側
端面の開口から主流ガス８０中に放出される。
ように圧縮機から、あるいは他の供給源から抽気された
冷却空気７０は、インピンジメント板６０に形成された
多数の冷却孔６１からキャビティ６２内へ流入し、分割
環１の外側周面１ｂに衝突し、分割環１をインピンジ冷
却すると共に、開口６３から冷却通路６４へ流入し、冷
却通路６４を、分割環１内を冷却しながら流れ、下流側
端面の開口から主流ガス８０中に放出される。
【００３３】このように分割環１は、冷却空気７０によ
って冷却されているものの、従来の分割環１では、高温
の燃焼ガスである主流ガス８０に直接晒される内側周面
１ａと、主流ガス８０に接しない外側周面１ｂとの温度
差によって、熱変形し、動翼３５の先端とのチップクリ
アランスＣは、図３の破線で示すようにその間隔が小さ
くなって、所望とするチップクリアランスＣを確保する
ことができなくなり、回転する動翼３５と静止している
分割環１の内側周面１ａとが干渉して両者が損傷するお
それがある。
って冷却されているものの、従来の分割環１では、高温
の燃焼ガスである主流ガス８０に直接晒される内側周面
１ａと、主流ガス８０に接しない外側周面１ｂとの温度
差によって、熱変形し、動翼３５の先端とのチップクリ
アランスＣは、図３の破線で示すようにその間隔が小さ
くなって、所望とするチップクリアランスＣを確保する
ことができなくなり、回転する動翼３５と静止している
分割環１の内側周面１ａとが干渉して両者が損傷するお
それがある。
【００３４】しかし、本実施の形態１である分割環１に
よれば、外側周面１ｂに形成されたワッフル格子状リブ
１０により、周方向および軸方向の熱変形が抑制される
ため、上記チップクリアランスＣの減少が抑制される。
しかも、チップクリアランスＣの減少に対する寄与度
は、軸方向の変形の方が周方向の変形よりも大きいが、
この実施の形態１である分割環１は、ワッフル格子状リ
ブ１０のうち、軸方向リブ１０ａの方が、周方向リブ１
０ｂよりも、その丈が高く形成され、熱変形を一層抑制
することができる。
よれば、外側周面１ｂに形成されたワッフル格子状リブ
１０により、周方向および軸方向の熱変形が抑制される
ため、上記チップクリアランスＣの減少が抑制される。
しかも、チップクリアランスＣの減少に対する寄与度
は、軸方向の変形の方が周方向の変形よりも大きいが、
この実施の形態１である分割環１は、ワッフル格子状リ
ブ１０のうち、軸方向リブ１０ａの方が、周方向リブ１
０ｂよりも、その丈が高く形成され、熱変形を一層抑制
することができる。
【００３５】図４〜７に、高温下における分割環の熱変
形状態を、シミュレーションにより求めた比較結果を示
す。ここで、各図の（１）は、図２の周方向Ａ，Ｂ，Ｃ
の各位置における軸方向に沿った、半径方向変位を示す
図であり、（２）は、図２の軸方向ＬＥ（Leading Edg
e：上流側端），ＭＩＤ（中間），ＴＥ（Trailing Edg
e：下流側端）の各位置における周方向に沿った、半径
方向の変位を示す図である。また、図４は、ワッフル格
子状リブのない従来の分割環の結果、図５は、軸方向リ
ブおよび周方向リブともに高さ（丈）３ｍｍ（軸方向リ
ブは幅２ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）のワッフル格子状リブ
を有する分割環の結果、図６および図７は、周方向リブ
は高さ３ｍｍ、軸方向リブは高さ１２ｍｍ（軸方向リブ
は幅２ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）のワッフル格子状リブを
有する本実施の形態１の分割環の結果をそれぞれ表し、
図４〜６は最高メタル温度８８８℃、図７は最高メタル
温度１０２０℃のときの結果を表す。
形状態を、シミュレーションにより求めた比較結果を示
す。ここで、各図の（１）は、図２の周方向Ａ，Ｂ，Ｃ
の各位置における軸方向に沿った、半径方向変位を示す
図であり、（２）は、図２の軸方向ＬＥ（Leading Edg
e：上流側端），ＭＩＤ（中間），ＴＥ（Trailing Edg
e：下流側端）の各位置における周方向に沿った、半径
方向の変位を示す図である。また、図４は、ワッフル格
子状リブのない従来の分割環の結果、図５は、軸方向リ
ブおよび周方向リブともに高さ（丈）３ｍｍ（軸方向リ
ブは幅２ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）のワッフル格子状リブ
を有する分割環の結果、図６および図７は、周方向リブ
は高さ３ｍｍ、軸方向リブは高さ１２ｍｍ（軸方向リブ
は幅２ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）のワッフル格子状リブを
有する本実施の形態１の分割環の結果をそれぞれ表し、
図４〜６は最高メタル温度８８８℃、図７は最高メタル
温度１０２０℃のときの結果を表す。
【００３６】これらの図から解されるように、同一メタ
ル温度においては、図６に示した本実施の形態１の分割
環１は、ワッフル格子状リブ無しの分割環や、軸方向お
よび周方向の各リブの高さがともに３ｍｍのワッフル格
子状リブを有する分割環に比べて、軸方向および周方向
ともに変位量は減少しており、さらに、ＬＥ，ＭＩＤ，
ＴＥの各位置における周方向に沿った変位量の分布幅、
およびＡ，Ｂ，Ｃの各位置における軸方向に沿った変位
量の分布幅も、減少していることが確認された。
ル温度においては、図６に示した本実施の形態１の分割
環１は、ワッフル格子状リブ無しの分割環や、軸方向お
よび周方向の各リブの高さがともに３ｍｍのワッフル格
子状リブを有する分割環に比べて、軸方向および周方向
ともに変位量は減少しており、さらに、ＬＥ，ＭＩＤ，
ＴＥの各位置における周方向に沿った変位量の分布幅、
およびＡ，Ｂ，Ｃの各位置における軸方向に沿った変位
量の分布幅も、減少していることが確認された。
【００３７】また、最高メタル温度が１０２０℃におけ
る本実施の形態１の分割環１（図７）においても、最高
メタル温度が８８８℃における従来の分割環（図４）
や、軸方向および周方向とも同一高さのワッフル格子状
リブを有する分割環（図５）よりも変位量が少ないこと
が確認された。
る本実施の形態１の分割環１（図７）においても、最高
メタル温度が８８８℃における従来の分割環（図４）
や、軸方向および周方向とも同一高さのワッフル格子状
リブを有する分割環（図５）よりも変位量が少ないこと
が確認された。
【００３８】このように本実施の形態１の、ガスタービ
ンの分割環１によれば、チップクリアランスＣの変動に
対して大きく寄与する軸方向についての熱変形量を優先
的に従来よりも小さくして、温度差によるチップクリア
ランスＣの変動を効果的に抑制することができる。
ンの分割環１によれば、チップクリアランスＣの変動に
対して大きく寄与する軸方向についての熱変形量を優先
的に従来よりも小さくして、温度差によるチップクリア
ランスＣの変動を効果的に抑制することができる。
【００３９】（実施の形態２）図８は、本発明のガスタ
ービンの分割環の実施の形態２であるガスタービンの分
割環１を示す。この分割環１は、従来のワッフル格子状
リブを有しない分割環において、動翼３５の先端に対向
する内側周面１ａが、常温時（ガスタービンの非運転時
の低温時）に、動翼３５に対して凹状に形成されたもの
である。
ービンの分割環の実施の形態２であるガスタービンの分
割環１を示す。この分割環１は、従来のワッフル格子状
リブを有しない分割環において、動翼３５の先端に対向
する内側周面１ａが、常温時（ガスタービンの非運転時
の低温時）に、動翼３５に対して凹状に形成されたもの
である。
【００４０】この凹状の形状は、詳しくは図９に示すよ
うに、ガスタービン運転時（高温時）の熱変形後（図９
において二点鎖線で示す）に、動翼３５の先端と内側周
面１ａの軸方向略中央部とのチップクリアランスＣが所
望の値となるように、熱変形を予め見込んだ常温時にお
ける形状（図９において太実線で示す）であり、常温時
における、動翼３５との間の間隔が、内側周面１ａの略
中央部から上下流両側に離れるにしたがって小さくなる
形状である。
うに、ガスタービン運転時（高温時）の熱変形後（図９
において二点鎖線で示す）に、動翼３５の先端と内側周
面１ａの軸方向略中央部とのチップクリアランスＣが所
望の値となるように、熱変形を予め見込んだ常温時にお
ける形状（図９において太実線で示す）であり、常温時
における、動翼３５との間の間隔が、内側周面１ａの略
中央部から上下流両側に離れるにしたがって小さくなる
形状である。
【００４１】図３において説明したように、従来の分割
環は、ガスタービンの運転によって、高温時に、動翼３
５の先端側に突出するように熱変形を生じ、その内側周
面１ａの軸方向略中央部におけるチップクリアランスＣ
が不足するが、本実施の形態２の分割環１によれば、熱
変形後において、チップクリアランスＣが所望とする最
適値になり、従来のように不足することがない。
環は、ガスタービンの運転によって、高温時に、動翼３
５の先端側に突出するように熱変形を生じ、その内側周
面１ａの軸方向略中央部におけるチップクリアランスＣ
が不足するが、本実施の形態２の分割環１によれば、熱
変形後において、チップクリアランスＣが所望とする最
適値になり、従来のように不足することがない。
【００４２】なお、上記実施の形態２の分割環１は、そ
の全体を凹状に形成したものであるが、熱変形後におい
て、少なくとも内側周面１ａと動翼３５の先端との間の
チップクリアランスＣが所望とする値になるものであれ
ばよいため、分割環１全体を凹状に反らせた形状にする
のに代えて、内側周面１ａのみを凹状に形成してもよ
い。また、内側周面１ａの、タービンの回転軸を含む面
による断面の輪郭線形状は、放物線や円の一部等種々の
形状を適用することができる。
の全体を凹状に形成したものであるが、熱変形後におい
て、少なくとも内側周面１ａと動翼３５の先端との間の
チップクリアランスＣが所望とする値になるものであれ
ばよいため、分割環１全体を凹状に反らせた形状にする
のに代えて、内側周面１ａのみを凹状に形成してもよ
い。また、内側周面１ａの、タービンの回転軸を含む面
による断面の輪郭線形状は、放物線や円の一部等種々の
形状を適用することができる。
【００４３】また、上述したワッフル格子状リブ１０を
有する実施の形態１である分割環１についても、この実
施の形態２をさらに適用してもよい。
有する実施の形態１である分割環１についても、この実
施の形態２をさらに適用してもよい。
【００４４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明にかかる
ガスタービンの分割環（請求項１）によれば、その外側
周面に形成されたワッフル格子状のリブのうち、軸方向
リブを、周方向リブよりも高く形成することによって、
軸方向の断面係数を大きくし、周方向の熱変形量よりも
チップクリアランスの変動に対して大きく寄与する軸方
向についての熱変形量を優先的に小さくして、温度差に
よるチップクリアランスの変動を効果的に抑制すること
ができる。
ガスタービンの分割環（請求項１）によれば、その外側
周面に形成されたワッフル格子状のリブのうち、軸方向
リブを、周方向リブよりも高く形成することによって、
軸方向の断面係数を大きくし、周方向の熱変形量よりも
チップクリアランスの変動に対して大きく寄与する軸方
向についての熱変形量を優先的に小さくして、温度差に
よるチップクリアランスの変動を効果的に抑制すること
ができる。
【００４５】また本発明にかかるガスタービンの分割環
（請求項２）によれば、軸方向リブを、周方向リブより
も高く形成することによって、軸方向についての熱変形
量を従来よりも小さくしつつも、なお生じる熱変形を予
め見込んで、熱変形前の分割環の形状を形成することに
よって、熱変形後のチップクリアランスをさらに適切な
ものとすることができる。
（請求項２）によれば、軸方向リブを、周方向リブより
も高く形成することによって、軸方向についての熱変形
量を従来よりも小さくしつつも、なお生じる熱変形を予
め見込んで、熱変形前の分割環の形状を形成することに
よって、熱変形後のチップクリアランスをさらに適切な
ものとすることができる。
【００４６】また本発明にかかるガスタービンの分割環
（請求項３）によれば、ワッフル格子状のリブの有無に
拘わらず、熱変形を予め見込んで、熱変形前の分割環の
形状を形成することによって、熱変形後のチップクリア
ランスを適切なものとすることができる。
（請求項３）によれば、ワッフル格子状のリブの有無に
拘わらず、熱変形を予め見込んで、熱変形前の分割環の
形状を形成することによって、熱変形後のチップクリア
ランスを適切なものとすることができる。
【００４７】また本発明にかかるガスタービンの分割環
（請求項４）によれば、最も熱変形量が大きな、分割環
の内側周面の軸方向における略中央部も、熱変形後にお
いて、チップクリアランスを適切なものとすることがで
きる。
（請求項４）によれば、最も熱変形量が大きな、分割環
の内側周面の軸方向における略中央部も、熱変形後にお
いて、チップクリアランスを適切なものとすることがで
きる。
【図１】本発明の実施の形態１であるガスタービンの分
割環を示す図である。
割環を示す図である。
【図２】図１に示した分割環の斜視図である。
【図３】分割環の熱変形を示す図である。
【図４】分割環の軸方向および周方向の熱変形のシミュ
レーション結果を示す図（その１）である。
レーション結果を示す図（その１）である。
【図５】分割環の軸方向および周方向の熱変形のシミュ
レーション結果を示す図（その２）である。
レーション結果を示す図（その２）である。
【図６】分割環の軸方向および周方向の熱変形のシミュ
レーション結果を示す図（その３）である。
レーション結果を示す図（その３）である。
【図７】分割環の軸方向および周方向の熱変形のシミュ
レーション結果を示す図（その４）である。
レーション結果を示す図（その４）である。
【図８】本発明の実施の形態２であるガスタービンの分
割環を示す斜視図である。
割環を示す斜視図である。
【図９】図８に示した分割環の内側周面の形状を示す図
である。
である。
【図１０】ガスタービンのガス通路部分を示す一般的な
断面図である。
断面図である。
【図１１】１段動翼の先端が近接する、従来の分割環の
断面図である。
断面図である。
【図１２】従来の分割環の斜視図である。
１ 分割環 １ａ 内側周面 １ｂ 外側周面 １０ ワッフル格子状リブ １０ａ 軸方向リブ １０ｂ 周方向リブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥井 俊介 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 (72)発明者 馬越 龍太郎 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 (72)発明者 桑原 正光 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 (72)発明者 井上 真一 長崎市飽の浦町１番１号 長菱設計株式会 社内
Claims (4)
- 【請求項１】 動翼先端と所定の間隔を保って車室内周
面に配設され、高温ガスの上下流両側には、それぞれ周
方向に伸びる車室取付用フランジを有してなる分割構造
部からなり、前記分割構造部が周方向に複数連接され
た、全体として円環状の、ガスタービンの分割環におい
て、 前記分割構造部の、前記２つの車室取付用フランジの間
の外側周面には、前記周方向に延びる周方向リブと、前
記円環状の軸に平行な方向に延び、かつ前記周方向リブ
よりも丈の高い軸方向リブとがそれぞれ複数列形成され
ていることを特徴とするガスタービンの分割環。 - 【請求項２】 前記ガスタービンの運転時における熱変
形状態において、前記分割構造部の内側周面と前記動翼
先端とが所望の間隔となるような前記熱変形前の形状で
形成されたことを特徴とする請求項１に記載のガスター
ビンの分割環。 - 【請求項３】 動翼先端と所定の間隔を保って車室内周
面に配設され、高温ガスの上下流両側には、それぞれ周
方向に伸びる車室取付用フランジを有してなる分割構造
部からなり、前記分割構造部が周方向に複数連接され
た、全体として円環状の、ガスタービンの分割環におい
て、 前記ガスタービンの運転時における熱変形状態におい
て、前記分割構造部の内側周面と前記動翼先端とが所望
の間隔となるような前記熱変形前の形状で形成されたこ
とを特徴とするガスタービンの分割環。 - 【請求項４】 前記熱変形前の形状は、前記内側周面と
前記動翼との間の間隔が、前記内側周面の略中央部から
前記上下流両側に離れるにしたがって小さくなる形状で
あることを特徴とする請求項２または３に記載のガスタ
ービンの分割環。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2001011593A JP4698847B2 (ja) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | ガスタービン分割環 |
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| EP01128549A EP1225305B1 (en) | 2001-01-19 | 2001-11-29 | Segmented gas turbine shroud |
| US09/998,201 US6602048B2 (en) | 2001-01-19 | 2001-12-03 | Gas turbine split ring |
| CA002368555A CA2368555C (en) | 2001-01-19 | 2002-01-18 | Gas turbine split ring |
| CA002515175A CA2515175A1 (en) | 2001-01-19 | 2002-01-18 | Gas turbine split ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001011593A JP4698847B2 (ja) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | ガスタービン分割環 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002213209A true JP2002213209A (ja) | 2002-07-31 |
| JP4698847B2 JP4698847B2 (ja) | 2011-06-08 |
Family
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|---|---|---|---|
| JP2001011593A Expired - Lifetime JP4698847B2 (ja) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | ガスタービン分割環 |
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|---|---|
| US (1) | US6602048B2 (ja) |
| EP (1) | EP1225305B1 (ja) |
| JP (1) | JP4698847B2 (ja) |
| CA (1) | CA2368555C (ja) |
| DE (1) | DE60127804T2 (ja) |
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| KR20190022298A (ko) * | 2017-08-25 | 2019-03-06 | 두산중공업 주식회사 | 고 열응답성 배기 디퓨저 스트럿 칼라 |
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| ITMI20041780A1 (it) * | 2004-09-17 | 2004-12-17 | Nuovo Pignone Spa | Dispositivo di protezione per uno statore di una turbina |
| ITMI20041781A1 (it) * | 2004-09-17 | 2004-12-17 | Nuovo Pignone Spa | Dispositivo di protezione per uno statore di una turbina |
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