JP2002242612A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスタービンのタービンにおいて、簡単な構造
でシュラウドセグメントの熱反り変形による動翼との間
の局所的な間隙の増大を防ぎタービン出力の低下を低減
する。 【解決手段】シュラウドセグメント２５の内周壁５０
は、曲率中心がケーシング１の軸心Ｏと一致した場合の
曲率半径よりも小さい曲率半径Ｒｉを持つように形成さ
れ、かつその場合の曲率中心Ｐはケーシング１の軸心Ｏ
からシュラウドセグメント２５寄りに偏心量ｅだけ偏心
した位置にある。定常運転中の温度下でシュラウドセグ
メント２５に熱反り変形が生じて全体的に曲率半径が大
きくなった時に、内周壁５０が運転前の形状５０から熱
反り変形後の形状５０ｔ（二点鎖線）に変化し、内周壁
５０と動翼４の外周部との間の間隙が周方向に均一化さ
れるため、動翼４を迂回して後段側に流出する燃焼ガス
を減少させてガスタービン出力の低下を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ケーシングと動翼の外
周部との間に配置されるシュラウドを備えるガスタービ
ンに係わり、特に前記シュラウドが周方向に複数のシュ
ラウドセグメントに分割されたものであるガスタービン
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンは、タービン部の内部にお
いてタービンロータの外周とケーシングの内周との間に
静翼と動翼を軸方向に交互に配置して形成された燃焼ガ
ス流通路（以下、ガスパスという）に燃焼器で生成され
た高温の燃焼ガスを流し、動翼を介してその熱エネルギ
ーをタービンロータの回転力に変化させることで動力を
発生する。なお本明細書ではガスパスの上流側を前方
側、下流側を後方側とする。

【０００３】このようなタービン部の本体静止側には、
各段の動翼の外周部とわずかな間隙を隔ててシュラウド
が配置されている。このシュラウドは軸方向に並ぶ２つ
のシュラウドの前後の側面の間で静翼を支持する役目も
兼ねており、静翼はシュラウドと交互に配置されてい
る。

【０００４】各段のシュラウドは、その外周のケーシン
グとの周方向の熱伸び差を吸収させるために、周方向に
複数のシュラウドセグメントに分割されている。またこ
れらシュラウドセグメントは、各段の動翼の外周部と径
方向にわずかな間隙を隔てた位置に設置されることで、
燃焼ガスが動翼の外周部を迂回して後段側に流出するの
をできるだけ少なくし、ガスタービンの出力の低下を防
いでいる。

【０００５】各段の静翼は、同軸心的に配置したチップ
エンドウォール（外輪）とハブエンドウォール（内輪）
の間にベーン（静翼本体）を放射状に並設してリング状
に結合したものである。

【０００６】シュラウドセグメントは、一般的に例えば
特開平１１−１１７７０２号公報の図１に示すように、
フック係合によりケーシングの内側に支持されている。
つまりケーシングの内周壁にはケーシングフックが設け
られ、各シュラウドセグメントの外周部にはシュラウド
フックが形成され、シュラウドフックをケーシングフッ
クに係止することによってシュラウドセグメントをケー
シングに支持している。

【０００７】また、運転時においてシュラウドセグメン
トの内周壁は高温の燃焼ガスに曝されるため、一般的
に、シュラウドセグメントの内周壁の内部に冷却空気を
流して冷却するシュラウド冷却構造が設けられている。
このシュラウドセグメントの冷却構造は、シュラウドセ
グメントの前方側面に設けた通気孔を介して各シュラウ
ドセグメントの内側に冷却空気を導き、さらにシュラウ
ドセグメントの内側からシュラウドセグメントの内周壁
の内部に設けた通路を経由してガスパスへと流出させる
ことによりシュラウドセグメント内周壁を冷却する構造
となっている。通常の場合、冷却空気には圧縮機により
燃焼用に生成された圧縮空気の一部が使用されている。

【０００８】また、上記従来技術と同様にシュラウドを
周方向に複数のセグメントに分割した他の従来技術とし
て、特開昭６３−１５４８０５号公報に記載のものがあ
る。これは始動時から停止時までの間にセグメントと動
翼の間の間隙を適切な範囲に維持できるよう、各セグメ
ントの両端をケーシングの内周壁にリンク結合した構成
のものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ガスタービンでは燃焼
ガスの温度が高いほど熱効率が高くなる特徴があること
から、タービン部の各部の冷却強化と耐熱材料の開発に
よって燃焼ガスの高温化が精力的に推進されている。

【００１０】燃焼ガスの高温化に伴って、必然的にシュ
ラウド内周壁に作用する熱負荷も増大する。例えば燃焼
ガス温度が１５００℃の場合、第１段シュラウドの内周
壁は約１３００℃、第２段シュラウドは約１１００℃の
燃焼ガスに曝され、それぞれ冷却を強化しても強度部材
として許容し得る８５０℃近くの温度に上昇する。一
方、ケーシングの許容温度は４５０℃〜５００℃である
ため、ケーシングに接触しているシュラウドの外周側は
ケーシング温度に近い温度となる。このためシュラウド
セグメントの内周側と外周側に３００℃〜４００℃の温
度差が生じ、それによりシュラウドセグメントには反り
変形が生じ曲率半径が大きくなる。その結果、各シュラ
ウドセグメントとその内外周の動翼及びケーシングの間
の径方向の隙間が周方向に不均一になる。

【００１１】つまり、各シュラウドセグメントの内周側
では、動翼の外周部との間隙が、各シュラウドセグメン
トの両端側において局所的に増大する。このようにセグ
メント両端側で間隙が増大すると、動翼を迂回して後段
側に流出する燃焼ガスが増加するため、ガスタービンの
出力が低下する問題が生じる。

【００１２】また、各シュラウドセグメントの外周側で
は、シュラウドセグメントのフックが挿入されるケーシ
ングフックの外周壁とケーシングの内周壁との間のフッ
ク溝は、シュラウドセグメントの反り変形を考慮して広
めの溝幅に形成しておく必要がある。そのためシュラウ
ドセグメントに反り変形が生じると、シュラウドセグメ
ントの後部側で、シュラウドセグメントのフック内周壁
とケーシングフック外周壁との間の周方向両端側に半三
日月形状の隙間が形成され、シュラウドセグメントのフ
ック外周壁とケーシングフック溝の外周壁（ケーシング
内周壁）との間に三日月形状の隙間が形成され、シュラ
ウドセグメント内側に流入した冷却空気が、上記２つの
隙間を経由して流入圧力の低い後段側にリークし、各段
のシュラウドの冷却効率が低下する問題が生じる。

【００１３】特開昭６３−１５４８０５号公報に記載の
従来技術は、ケーシングに対して各セグメントをピン結
合によって径方向に移動可能にリンク結合しており、構
造が複雑となり組立が難しく製造コストが増大するとい
う問題がある。

【００１４】本発明の第１の目的は、簡単な構造でシュ
ラウドセグメントの熱反り変形による動翼との間の局所
的な間隙の増大を防ぎタービン出力の低下を低減できる
ガスタービンを提供することにある。

【００１５】本発明の第２の目的は、簡単な構造でシュ
ラウドセグメントの熱反り変形によるケーシングとの接
合面における隙間の増大を防ぎシュラウド内の冷却効率
の低下を低減できるガスタービンを提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】（１）上記第１の目的を
達成するために、本発明は、タービンの動翼外周部とケ
ーシングとの間に、周方向に複数のシュラウドセグメン
トに分割されたシュラウドを配置し、各シュラウドセグ
メントの外周側に円弧状のフックを形成し、このフック
を前記ケーシングの内側に形成された環状のケーシング
フックに係止することで前記シュラウドを前記ケーシン
グに支持するガスタービンにおいて、前記シュラウドセ
グメントの内周壁の曲率半径を、曲率中心がタービンの
軸心と一致する場合の曲率半径より小さくしたものとす
る。

【００１７】このようにシュラウドセグメントの内周壁
の曲率半径を、曲率中心がタービンの軸心と一致する場
合の曲率半径より小さくすることにより、定常運転中の
温度下でシュラウドセグメントに熱反り変形が生じたと
き、シュラウドセグメントの内周壁は、曲率中心がター
ビンの軸心に近づくように変形するため、動翼の外周部
との間の間隙が周方向に均一となる。従ってシュラウド
セグメント両端側での間隙の増大を防止でき、動翼を迂
回して後段側に流出する燃焼ガスを減少させガスタービ
ン出力の低下を低減できる。

【００１８】（２）また、上記第２の目的を達成するた
めに、上記（１）のガスタービンにおいて、前記シュラ
ウドセグメントの外周壁の曲率半径を、曲率中心がター
ビンの軸心と一致する場合の曲率半径より小さくしたも
のとする。

【００１９】このようにシュラウドセグメントの外周壁
の曲率半径を、曲率中心がタービンの軸心と一致する場
合の曲率半径より小さくすることにより、定常運転中の
温度下でシュラウドセグメントに熱反り変形が生じたと
き、シュラウドセグメントの外周壁は、曲率中心がター
ビンの軸心に近づくように変形するため、ケーシングの
内周壁に周方向全体に渡り一様に密着可能となり、それ
によりシュラウドセグメント内の冷却空気が後段側へリ
ークするのを防ぎ、シュラウドの冷却効率の低下を低減
することができる。

【００２０】（３）また、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明は、タービンの動翼外周部とケーシングと
の間に、周方向に複数のシュラウドセグメントに分割さ
れたシュラウドを配置し、各シュラウドセグメントの外
周側に円弧状のフックを形成し、このフックを前記ケー
シングの内側に形成された環状のケーシングフックに係
止することで前記シュラウドを前記ケーシングに支持す
るガスタービンにおいて、前記シュラウドセグメントの
外周壁の曲率半径を、曲率中心がタービンの軸心と一致
する場合の曲率半径より小さくしたものとする。

【００２１】これにより上記（２）で述べたようにシュ
ラウドセグメント内の冷却空気が後段側へリークするの
を防ぎ、シュラウド内の冷却効率の低下を低減すること
ができる。

【００２２】（４）上記（２）又は（３）のガスタービ
ンにおいて、好ましくは、前記シュラウドセグメントの
フックの内周壁の曲率半径を、前記環状のケーシングフ
ックの外周壁の曲率半径と等しくしたものとする。

【００２３】このように上記（２）又は（３）のように
シュラウドセグメントの外周壁の曲率半径を、曲率中心
がタービンの軸心と一致する場合の曲率半径より小さく
したものでシュラウドセグメントのフックの内周壁の曲
率半径を、前記環状のケーシングフックの外周壁の曲率
半径と等しくすることにより、円弧状シュラウドセグメ
ントのフックの周方向中央部を厚く、周方向両端部を薄
く形成することができ、そのため一端からケーシングの
フック溝に挿入する組立が容易となる。

【００２４】またこのように挿入が容易になるため、更
に周方向中央部を厚くしてケーシングのフック溝と径方
向の隙間を小さくすることができるようになり、運転中
のシュラウドセグメントの傾斜を最小にできる。その結
果、シュラウドセグメントの内周壁と動翼の外周部との
間の間隙が軸方向にも均一となりガスタービンの出力低
下を更に低減することができる。

【００２５】（５）また、上記（１）又は（３）のガス
タービンにおいて、好ましくは、前記シュラウドセグメ
ントの内周壁を軸方向に傾斜させたものとする。

【００２６】このようにシュラウドセグメントの内周壁
を軸方向に傾斜させることにより、シュラウドセグメン
トの内周側が後方へ傾いた場合のシュラウドセグメント
の内周壁と動翼の外周部との間の間隙が軸方向に均一と
なり、流れ抵抗が増大するとともに後方側における動翼
先端からの漏れ量が減少してこれによってもガスタービ
ンの出力低下を更に低減することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００２８】図１は、本発明の実施の形態に係わるガス
タービンの要部の上側半分の軸方向断面図である。

【００２９】図１において、本実施の形態に係わるガス
タービンは、略円筒形状のケーシング１と、このケーシ
ング１の軸心に位置する略円柱形状のタービンロータ２
と、タービンロータ２の外周で軸方向に４段に設置され
た動翼３，４，５，６と、各段の動翼の外周部と径方向
にわずかな間隙７を隔てた位置でケーシング１に支持さ
れたシュラウド８，９，１０，１１と、燃焼ガスの流通
方向Ａで見て各段の動翼の上流側（以下、前方側とい
う。また下流側を後方側という）で動翼に対し交互に配
置された静翼１２，１３，１４，１５とを備えている。

【００３０】タービンロータ２はタービンディスク１
６，１７，１８，１９とスペーサ２０，２１，２２を軸
方向に重ねて結合した回転体であり、その前方側部には
中間軸２３が接続し、後方側部には後部軸２４が接続さ
れている。

【００３１】動翼３，４，５，６は、それぞれ、取り付
け基部であるシャンク３ｉ，４ｉ，５ｉ，６ｉと動翼本
体であるブレード３ｃ，４ｃ，５ｃ，６ｃとで構成さ
れ、シャンク３ｉ，４ｉ，５ｉ，６ｉはそれぞれタービ
ンディスク１６，１７，１８，１９の外周上に設置され
ている。

【００３２】シュラウド８，９，１０，１１は、それぞ
れ、周方向に複数のセグメント（以下、適宜シュラウド
セグメントという）２５に分割されており、各シュラウ
ドセグメント２５はケーシング１の内周に設けたケーシ
ングフック２６，２７，２８，２９に支持されている。

【００３３】静翼１２，１３，１４，１５は、それぞ
れ、同軸心的に配置したチップエンドウォール１２ｕ，
１３ｕ，１４ｕ，１５ｕと、ハブエンドウォール１２
ｉ，１３ｉ，１４ｉ，１５ｉと、それらの間を放射状に
並設された静翼本体であるベーン１２ｃ，１３ｃ，１４
ｃ，１５ｃとで構成され、最も前方の静翼１２は後方に
位置するシュラウド８と周辺の静止部材に支持され、そ
の他の静翼１３，１４，１５はそれらのチップエンドウ
ォール１３ｕ，１４ｕ，１５ｕで前後の２つのシュラウ
ドリングにより支持されている。

【００３４】タービンロータ２の上流側には燃焼器３１
が位置しており、動翼３，４，５，６と静翼１２，１
３，１４，１５を交互に配置して形成されたガスパス３
０に燃焼器３１で生成された高温の燃焼ガスを流し、燃
焼ガスの熱エネルギーをタービンロータ２の回転力に変
換させることで動力を発生する。各シュラウドセグメン
ト２５の内周壁はガスパス３０の一部を形成している。

【００３５】図２は本実施の形態に係わるガスタービン
において、前方から２段目の動翼４及びシュラウド９の
周辺を拡大した軸方向断面図であり、図３は図２中のＸ
−Ｘ断面を前方から見た側面図である。図中、実線はガ
スタービン運転前の常温下における形状を示し、二点鎖
線は定常運転中の温度下における熱反り変形後の形状を
示している。

【００３６】図２において、ケーシング１の内周壁に環
状のケーシングフック３２，３３が設けられ、ケーシン
グフック３２，３３に隣接して環状のフック溝３４，３
５が形成されている。また、軸方向に対向する２つのケ
ーシングフックの間においてケーシング１の壁面には通
気孔３６が設けられている。

【００３７】シュラウドセグメント２５はそれぞれ略Ｕ
字型の断面形状であって、その外周側にはケーシング１
のフック溝３４，３５に係合する円弧状のシュラウドフ
ック５１，５２が形成され、シュラウドセグメント２５
の内側にはシュラウドフック５１，５２に隣接してケー
シングフック３２，３３が係合する円弧状のフック溝４
３，４４が形成されている。また、シュラウドセグメン
ト２５の外側の内周側には静翼を係止するための円弧状
のフック溝４７，４８が形成されている。

【００３８】シュラウドセグメント２５は、シュラウド
フック５１，５２をケーシング１のフック溝３４，３５
に係合し、ケーシングフック３２，３３をシュラウドセ
グメント内側のフック溝４３，４４に係合することによ
り、ケーシング１の内周に支持されている。

【００３９】各シュラウドセグメント２５の前方壁部に
は通気孔５３が周方向に複数設けられ、シュラウドセグ
メント２５の内周側の壁部の内部にはタービン軸方向と
平行な冷却通路５４が周方向に複数設けられ、各冷却通
路５４の前端はシュラウドセグメント２５の内周側の壁
部の外面である内周壁５０に開口し、各冷却通路５４の
後方部分はシュラウドセグメント２５の内部に開口して
いる。内周壁５０は高温の燃焼ガスに曝されるため、通
気孔５３からシュラウドセグメントの内部を経て冷却通
路５４に冷却空気６０を流すことで冷却されている。冷
却空気６０には、通常、中間軸２３を介してタービンロ
ータ２の前方側に接続する図示しない圧縮機を駆動して
燃焼用に生成された圧縮空気の一部を使用する。

【００４０】静翼１３，１４はチップエンドウォール１
３ｕ，１４ｕの前後両端面にウォールフック５５，５６
を形成しており、このチップエンドウォール１３ｕ，１
４ｕが軸方向に並設する２つのシュラウドセグメントに
挟まれつつ両端面のウォールフック５５，５６をそれぞ
れシュラウドセグメント外側のフック溝４８，４７に係
合することで、静翼１３，１４はそれぞれ前後２つのシ
ュラウドセグメントに支持されている。

【００４１】図３において、シュラウドセグメント２５
は隣接するシュラウドセグメント２５間に隙間をあけて
周方向に隣接して配置されている。各シュラウドセグメ
ント２５の内周壁５０と外周壁４９は、それぞれで曲率
中心がケーシング１の軸心（タービンの軸心）Ｏと一致
した場合の曲率半径よりも小さい曲率半径Ｒｉ，Ｒｏを
持つように形成され、かつ本実施の形態においてはそれ
らの曲率中心は一致しており、その一致した曲率中心Ｐ
はケーシング１の軸心Ｏからシュラウドセグメント２５
寄りに偏心量ｅだけ偏心した位置にある。

【００４２】シュラウドセグメント２５のシュラウドフ
ック５２の内周壁５２ｉは、ケーシングフック３３の外
周壁３３ｕと同じ曲率半径Ｒｃを有し、かつその曲率中
心がケーシング１の軸心Ｏと一致するよう（すなわちケ
ーシング１と同軸心的な形状に）形成されている。

【００４３】曲率半径Ｒｉ，Ｒｏ及び偏心量ｅは、回転
側のタービンロータ２及び動翼４の径方向の熱伸びと遠
心伸び、また本体静止側のケーシング１及びシュラウド
セグメント２５の熱伸びを考慮して設定する必要があ
る。そのうちＲｉについては、定常運転中の温度下のシ
ュラウドセグメント２５の熱反り変形時に、シュラウド
セグメント２５の内周壁５０が動翼４の外周部よりわず
かに曲率半径の大きい形状となるよう設定されており、
またＲｏについては、定常運転中の温度下のシュラウド
セグメント２５の熱反り変形時に、シュラウドセグメン
ト２５の外周壁４９とケーシング１の内周壁１ｉが一致
するように設定されている。

【００４４】次に以上のように構成した本実施の形態の
作用を説明する。

【００４５】図２において、ガスタービンの運転時に
は、シュラウド９の各シュラウドセグメント２５が燃焼
ガスにより加熱されて周方向に熱伸びし、隣接する２つ
のシュラウドセグメント２５の端部同士が近接する。ま
たケーシング１の各通気孔３６を介して静翼１３のチッ
プエンドウォール１３ｕの外周側に冷却空気６０が流入
され、各シュラウドセグメント２５の前方側面の通気孔
５３を介して内側に冷却空気６０を導き、さらに冷却通
路５４に通過させて内周壁５０を冷却した後、冷却後の
冷却空気６０がガスパス３０に排出される。

【００４６】シュラウド９の内周壁５０が高温の燃焼ガ
スに曝される一方で、外周側ではケーシング１に接触し
て支持されていることから熱が拡散し、その結果各シュ
ラウドセグメント２５の内周側と外周側との間には大き
な温度差が生じる。その結果シュラウドセグメント２５
は全体的に曲率半径を大きくするような反り変形が生じ
る。（図３中の二点鎖線参照）ここで、これらの寸法の
具体的な値としては、例えば、運転前の状態でシュラウ
ドセグメント内側のフック溝の内周壁の曲率半径が６１
０ｍｍのものであって、シュラウドを分割するシュラウ
ドセグメントの数を２０とし、燃焼ガスの温度を１５０
０℃とした場合には、上記の熱反り変形によって上記曲
率半径は６５０ｍｍに変化し、また各シュラウドセグメ
ントの両端部における反り量は０．４ｍｍとなる。（こ
の反り量はシュラウドセグメントの周方向長さによって
変化する）このとき、もし図４に示す従来技術のように
シュラウドセグメント２２５の外周壁２４９と内周壁２
５０が、常温下において曲率中心がケーシング１の軸心
Ｏと一致する場合の曲率半径で形成されている場合は、
二点鎖線で示す熱反り変形後のシュラウドセグメント２
２５ｔとその周囲部材の間における径方向の隙間が、周
方向に対して不均一な関係となってしまう。特に、シュ
ラウドセグメント２２５の内周壁２５０が運転前の形状
２５０から熱反り変形後の形状２５０ｔ（二点鎖線）に
変化したことで、各シュラウドセグメント２２５ｔの周
方向両端部においてシュラウドセグメント２２５ｔの内
周壁２５０ｔと動翼４の外周部との間の間隙７が局所的
に増大してしまう。間隙７が増大すると、そこから燃焼
ガスが動翼４を迂回して後段側に流出するため、ガスタ
ービンの出力が低下してしまう。

【００４７】これに対し、図３に示す本実施の形態にお
いては、上記のようにシュラウドセグメント２５の内周
壁５０を、曲率中心がケーシング１の軸心Ｏと一致した
場合の曲率半径よりも小さい曲率半径Ｒｉで形成し、曲
率中心Ｐをシュラウドセグメント２５寄りの位置に設定
している。これにより、定常運転中の温度下でシュラウ
ドセグメント２５に熱反り変形が生じた時には、シュラ
ウドセグメント２５の内周壁５０が運転前の形状５０か
ら熱反り変形後の形状５０ｔ（二点鎖線）に変化し、こ
の形状５０ｔは動翼４の外周部よりわずかに曲率半径の
大きい形状となり、すなわちほぼ同軸心的な配置とな
る。これによりシュラウドセグメント２５の内周壁５０
と動翼４の外周部との間の間隙７が周方向で均一に形成
されるため、動翼４の外周部を迂回して後段側に流出す
る燃焼ガスを減少させてガスタービン出力の低下を低減
できる。

【００４８】ここで、運転時における間隙７に関し、ケ
ーシング１、シュラウド９、動翼４及びタービンロータ
２の径方向の熱伸びと、タービンロータ２及び動翼４の
遠心伸びに依存するが、シュラウドセグメント２５の径
方向高さ（又は内周壁５０の曲率半径Ｒｉ）を適切に選
定すれば、起動時、停止時を含むいかなる運転条件にお
いても、動翼４の外周部とシュラウド９の内周壁５０の
接触を確実に避け、かつそれらの間の間隙７を最小に設
定することが可能であり、この間隙７からの燃焼ガスの
流出を最小限に低減できる。

【００４９】また、従来技術において、図４に示すよう
にシュラウドセグメント２２５の外周壁２４９とシュラ
ウドフック２５２の内周壁２５２ｉがそれぞれ運転前の
形状２４９，２５２ｉから熱反り変形後の形状２４９
ｔ，２５２ｉｔ（二点鎖線）に変化したことで、各シュ
ラウドセグメント２２５ｔの周方向両端部では、シュラ
ウドフック２５２の内周壁２５２ｉｔとケーシングフッ
ク３３の外周壁３３ｕとの間に半三日月形状６５の隙間
が形成されると共に、各シュラウドセグメント２２５ｔ
の周方向の中央部では、シュラウドセグメント２２５ｔ
の外周壁２４９ｔとケーシング内周壁１ｉとの間に三日
月形状６６の隙間が形成されてしまう。シュラウドセグ
メント２２５ｔの内側に流入された冷却空気６０が、経
路Ｌで示すように上記２つの隙間を経て流入圧力の低い
後段側にリークしてしまい、各段のシュラウドにおける
冷却効率が低下してしまう。

【００５０】これに対し、図３に示す本実施の形態にお
いては、上記のようにシュラウドセグメント２５の外周
壁４９を、曲率中心がケーシング１の軸心Ｏと一致した
場合の曲率半径よりも小さい曲率半径Ｒｏで形成し、曲
率中心Ｐをシュラウドセグメント２５寄りの位置に設定
している。これにより、定常運転中の温度下でシュラウ
ドセグメント２５に熱反り変形が生じた時に、シュラウ
ドセグメント２５の外周壁４９が運転前の形状４９から
熱反り変形後の形状４９ｔ（二点鎖線）に変化し、この
形状４９ｔはケーシング内周壁１ｉとほぼ同じ曲率半径
の形状となる。

【００５１】また、運転中には静翼１３が燃焼ガスの流
れを受けることにより軸方向後方に向かうスラスト力Ｆ
が作用し、そのため静翼１３の後方を支持しているシュ
ラウドセグメント２５にも同じスラスト力Ｆが作用す
る。これにより、図５に示すようにシュラウドセグメン
ト２５の内周側が後方に押されて軸方向に対し傾斜し、
その結果シュラウドセグメント２５の後方側の外周壁４
９がケーシング内周壁１ｉに押接される。

【００５２】そのため定常運転中の温度下で同じ曲率半
径の形状となっているシュラウドセグメント２５ｔの外
周壁４９ｔとケーシング内周壁１ｉの両壁面はこのシュ
ラウドセグメント２５ｔの傾斜により周方向全体に渡っ
て一様に密着し、その結果シュラウドセグメント２５ｔ
内側に流入された冷却空気６０が後段側へリークするの
を防いで、各段のシュラウドの適切な冷却効果が維持さ
れることになる。

【００５３】また、本実施の形態においては、上記のよ
うに、常温下におけるシュラウドセグメント内側のフッ
ク溝４３，４４の外周壁４３ｕ，４４ｕの形状をケーシ
ングフックフック３２，３３の外周壁３２ｕ，３３ｕと
同じ曲率半径の形状とすることで、運転前の常温下では
両壁面は周方向全体に渡って一様に密着する。そのため
シュラウドセグメント内側のフック溝４３，４４の外周
壁４３ｕ，４４ｕはシュラウドセグメント２５の基準面
としてケーシング１内における高精度な径方向の位置決
め機能を果たす。

【００５４】また、図５で示したようなシュラウドセグ
メント２５の傾斜が起こる原因の１つは、シュラウドフ
ック５１，５２とケーシング１のフック溝３４，３５の
間に径方向の隙間があるためである。この隙間は、組み
立て時にシュラウドセグメント２５のシュラウドフック
５１，５２をケーシング１のフック溝３４，３５に挿入
して係合させるためには必要なものであって完全になく
すことはできない。このシュラウドセグメント２５の傾
斜のために、動翼４の外周部との間の間隙７は軸方向後
方に対して不均一（後方側に向かって増大する）とな
り、このことによって燃焼ガスの流出抵抗が低減すると
ともに、後方側において動翼先端からの漏れ量が増大す
るためガスタービンの出力が低下してしまう。

【００５５】これに対し、図３に示す本実施の形態にお
いては、シュラウドセグメント２５のシュラウドフック
５２が周方向中央部で十分に厚い形状となっているた
め、シュラウドセグメント２５及び静翼を支持する上で
強度が十分高く、その分だけ周方向両端部を肉厚を薄く
形成することができる。このようなシュラウドフック５
２をケーシング１のフック溝３５に係合させる場合に
は、一端からフック溝３５に挿入する組み立て作業が従
来技術の構成（シュラウドフック５２の肉厚が周方向に
均一）と比較して容易となる。そのため更にシュラウド
フック５２の周方向中央部における肉厚を厚くして径方
向の隙間を小さくするような嵌め合い構造とすることに
より、シュラウドセグメント２５の傾斜を抑えて、シュ
ラウドセグメント２５と動翼４との間の間隙７を軸方向
に対して均一に維持し、流出抵抗の低減を抑える効果が
得られる。

【００５６】なお、上記のようにシュラウドセグメント
２５の傾斜によって間隙７が軸方向に対し不均一となる
問題に対しては、シュラウドセグメント２５の内周壁５
０を軸方向に傾斜させることによっても解決できる。

【００５７】図６はそのように内周壁５０Ａを傾斜させ
たシュラウドセグメント２５Ａの側断面図であり、スラ
スト力Ｆが作用していない運転前の状態を示している。
図６において、シュラウドセグメント２５Ａの内周壁５
０Ａは、運転中の傾斜を見込んで、その傾斜時に動翼４
の外周部と平行となるよう軸方向に傾斜させている。シ
ュラウドセグメントをこのように構成することによって
も、運転中に傾斜したとき図６中の二点鎖線で示す位置
に内周壁が位置して間隙７を軸方向に対してより均一に
することができ、流出抵抗の低減を抑えるとともに、後
方側における動翼先端からの漏れ量を減少してガスター
ビンの出力低下を防ぐことができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、定常運転中の温度下で
シュラウドセグメントに熱反り変形が生じたとき、シュ
ラウドセグメントの内周壁は、曲率中心がタービンの軸
心に近づくように変形するため、動翼の外周部との間の
間隙が周方向に均一となるう。従ってシュラウドセグメ
ント両端側での間隙の増大を防止でき、動翼を迂回して
後段側に流出する燃焼ガスを減少させガスタービン出力
の低下を低減できる。

【００５９】また本発明によれば、定常運転中の温度下
でシュラウドセグメントに熱反り変形が生じたとき、シ
ュラウドセグメントの外周壁は、曲率中心がタービンの
軸心に近づくように変形するため、ケーシングの内周壁
に周方向全体に渡り一様に密着可能となり、それにより
シュラウドセグメント内の冷却空気が後段側へリークす
るのを防ぎ、シュラウドの冷却効率の低下を低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わるガスタービンの要
部の上側半分の軸方向断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係わるガスタービンの要
部の前方から２段目の動翼及びシュラウドの周辺を拡大
した軸方向断面図である。

【図３】図２中のＸ−Ｘ断面を前方から見た側面図であ
る。

【図４】熱反り変形したシュラウドセグメントと周囲部
材との間における径方向の隙間が周方向に対して不均一
な関係となることを説明する図である。

【図５】運転中にシュラウドセグメントが傾斜すること
を説明する図である。

【図６】内周壁を傾斜させたシュラウドセグメント周辺
の軸方向断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング １ｉ ケーシング内周壁 ２ タービンロータ ３，４，５，６ 動翼 ３ｉ，４ｉ，５ｉ，６ｉ 動翼のシャンク ３ｃ，４ｃ，５ｃ，６ｃ 動翼のブレード ７ 間隙 ８，９，１０，１１ シュラウド １２，１３，１４，１５ 静翼 １２ｕ，１３ｕ，１４ｕ，１５ｕ 静翼のチップエンド
ウォール １２ｉ，１３ｉ，１４ｉ，１５ｉ 静翼のハブエンドウ
ォール １２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ 静翼のベーン １６，１７，１８，１９ タービンディスク ２０，２１，２２ スペーサ ２３ 中間軸 ２４ 後部軸 ２５ シュラウドセグメント ２５ｔ 熱反り変形後のシュラウドセグメント ３０ ガスパス ３１ 燃焼器 ３２，３３ ケーシングフック ３４，３５ ケーシングのフック溝 ３６ 通気孔 ４３，４４ シュラウドセグメント内側のフック溝 ４７，４８ シュラウドセグメント外側のフック溝 ４９ シュラウドセグメントの外周壁 ５０ シュラウドセグメントの内周壁 ５１，５２ シュラウドフック ５３ 通気孔 ５４ 冷却通路 ５５，５６ ウォールフック ６０ 冷却空気 ６５ 半三日月形状の隙間 ６６ 三日月形状の隙間 ２２５ 従来のシュラウドセグメント ２２５ｔ 熱反り変形後の従来のシュラウドセグメント Ｏ ケーシングの軸心 Ｐ シュラウドセグメントの内周壁・外周壁の曲率中心 Ｆ スラスト力 Ｌ 冷却空気の漏れ経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 実行 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 高野 剛 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 3G002 GA13 GB01 GB05 HA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービンの動翼外周部とケーシングとの間
   に、周方向に複数のシュラウドセグメントに分割された
   シュラウドを配置し、各シュラウドセグメントの外周側
   に円弧状のフックを形成し、このフックを前記ケーシン
   グの内側に形成された環状のケーシングフックに係止す
   ることで前記シュラウドを前記ケーシングに支持するガ
   スタービンにおいて、 前記シュラウドセグメントの内周壁の曲率半径を、曲率
   中心がタービンの軸心と一致する場合の曲率半径より小
   さくしたことを特徴とするガスタービン。
2. 【請求項２】請求項１記載のガスタービンにおいて、 前記シュラウドセグメントの外周壁の曲率半径を、曲率
   中心がタービンの軸心と一致する場合の曲率半径より小
   さくしたことを特徴とするガスタービン。
3. 【請求項３】タービンの動翼外周部とケーシングとの間
   に、周方向に複数のシュラウドセグメントに分割された
   シュラウドを配置し、各シュラウドセグメントの外周側
   に円弧状のフックを形成し、このフックを前記ケーシン
   グの内側に形成された環状のケーシングフックに係止す
   ることで前記シュラウドを前記ケーシングに支持するガ
   スタービンにおいて、 前記シュラウドセグメントの外周壁の曲率半径を、曲率
   中心がタービンの軸心と一致する場合の曲率半径より小
   さくしたことを特徴とするガスタービン。
4. 【請求項４】請求項２又は３記載のガスタービンにおい
   て、 前記シュラウドセグメントのフックの内周壁の曲率半径
   を、前記環状のケーシングフックの外周壁の曲率半径と
   等しくしたことを特徴とするガスタービン。
5. 【請求項５】請求項１又は３記載のガスタービンにおい
   て、 前記シュラウドセグメントの内周壁を軸方向に傾斜させ
   たことを特徴とするガスタービン。