JP2003314209A - 2軸ガスタービンエンジンの低圧タービンクリアランス調節装置 - Google Patents

2軸ガスタービンエンジンの低圧タービンクリアランス調節装置

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JP2003314209A
JP2003314209A JP2002122086A JP2002122086A JP2003314209A JP 2003314209 A JP2003314209 A JP 2003314209A JP 2002122086 A JP2002122086 A JP 2002122086A JP 2002122086 A JP2002122086 A JP 2002122086A JP 2003314209 A JP2003314209 A JP 2003314209A
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JP
Japan
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pressure turbine
low
casing
clearance
engine
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JP2002122086A
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English (en)
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Hiroshi Kuroki
博史 黒木
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低圧タービンの段数が増加しても、低圧ター
ビンの軸方向長さを大きくすることなく、回転部品と静
止部品の干渉を確実に回避でき、これにより、エンジン
全長を短縮し、エンジンを軽量化することができる2軸
ガスタービンエンジンの低圧タービンクリアランス調節
装置を提供する。 【解決手段】 低圧タービンの静止部品が取り付けられ
軸方向に移動可能に支持された低圧タービンケーシング
12と、低圧タービンケーシングを軸方向に移動させる
ケーシング駆動装置14と、低圧タービンの回転部品8
の基準位置Aと静止部品9の基準位置Bとの軸方向代表
間隔Lを計測するクリアランスセンサ16とを備える。
クリアランスセンサで検出された代表間隔Lが、基準範
囲内にあるように、ケーシング駆動装置により低圧ター
ビンケーシングを軸方向に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2軸ガスタービン
エンジンの低圧タービンクリアランス調節装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図2は、2軸ガスタービンエンジンの模
式図である。この図に示すように、一般にガスタービン
エンジンは、高圧圧縮機2、燃焼器3及び高圧タービン
4,等を備え、高圧タービン4により高圧圧縮機2を駆
動し、圧縮機2により圧縮された空気により燃焼器3で
燃料を燃焼させ、燃焼器3により生成された高温の燃焼
ガスにより高圧タービン4を駆動するようになってい
る。また、2軸ガスタービンエンジン(図の例ではター
ボファンエンジン)の場合、更に、高圧タービン4の排
気ガスにより駆動される低圧タービン5と、この低圧タ
ービン5により駆動されるファン1を備えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービンでは、回
転部品(例えば動翼)と静止部品(例えば静翼)とが互
いに接触(干渉)しないように、その間に適正な間隔を
確保する必要がある。しかし、2軸ガスタービンエンジ
ンでは、低圧タービン5とファン1を連結するシャフト
6(ロングシャフトと呼ぶ)は非常に長く(例えば2m
以上)、かつ前端部が前後しないように軸受けで支持さ
れている。そのため、エンジンケーシング7とロングシ
ャフト6の熱膨張差により、加速時及び減速時に低圧タ
ービン5の静翼に対し動翼が相対的に前後する。
【0004】この加速時及び減速時の静翼に対する動翼
の移動量は、ロングシャフトが長いため7〜10mm程
度に達する。そのため、従来、低圧タービン5を構成す
る動翼と静翼の間には、少なくとも10mm程度の間隔
を設け、静翼に対し動翼が相対的に前後しても互いに接
触(干渉)しないように設計していた。
【0005】しかし、2軸ガスタービンエンジンの高出
力化、高性能化に伴い低圧タービンを構成する動翼の段
数が増加すると、その各段の動翼の前後にそれぞれ熱膨
張に対応する間隔を設ける必要が生じる。そのため、例
えば5段の低圧タービンでは、その間隙のため軸方向長
さが60mm程度延びてしまう問題点があった。
【0006】また、ロングシャフトは両端部で支持され
ているため、その長さは危険速度や軸受の容量に大きく
影響する。そのため、ガスタービンエンジンの高出力
化、高性能化に伴い低圧タービンの軸方向長さが延びる
と、エンジン全長が単に長くなるばかりでなく、ロング
シャフトの剛性増加、軸受の容量増加等を必然的に伴
い、その結果、エンジン重量の大幅増加を伴う問題点が
あった。
【0007】さらに、このように低圧タービンの軸方向
長さが延びると、その移動量によっては主流流路を形成
するオーバーラップシール(例えばラビリンスシール)
が、運転状態でオーバーラップしないなどの不都合が生
じ、性能の低下、ディスクリム温度の上昇といった事態
を招くおそれもある。
【0008】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、低
圧タービンの段数が増加しても、低圧タービンの軸方向
長さを大きくすることなく、回転部品(例えば動翼)と
静止部品(例えば静翼)の干渉を確実に回避でき、これ
により、エンジン全長を短縮し、エンジンを軽量化する
ことができる2軸ガスタービンエンジンの低圧タービン
クリアランス調節装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、低圧タ
ービンの静止部品が取り付けられ軸方向に移動可能に支
持された低圧タービンケーシング(12)と、該低圧タ
ービンケーシングを軸方向に移動させるケーシング駆動
装置(14)と、低圧タービンの回転部品(8)の基準
位置Aと静止部品(9)の基準位置Bとの軸方向代表間
隔Lを計測するクリアランスセンサ(16)と、を備
え、クリアランスセンサで検出された代表間隔Lが、基
準範囲内にあるように、ケーシング駆動装置により、低
圧タービンケーシングを軸方向に移動させる、ことを特
徴とする2軸ガスタービンエンジンの低圧タービンクリ
アランス調節装置が提供される。
【0010】上記本発明の構成によれば、クリアランス
センサ(16)で検出された回転部品(8)と静止部品
(9)の軸方向代表間隔Lが、基準範囲内にあるよう
に、ケーシング駆動装置(14)により、低圧タービン
ケーシング(12)を軸方向に移動させるので、熱膨張
差により、静止部品(9)に対し回転部品(8)が相対
的に前後移動しても、この移動に追従して、低圧タービ
ンケーシングに取り付けられた静止部品(9)を軸方向
に移動するので、熱膨張差の影響を実質的に0にでき
る。
【0011】従って、低圧タービンの段数が増加して
も、各回転部品(例えば動翼)と静止部品(例えば静
翼)の隙間は最小限(数mm程度)に保持できので、低
圧タービンの軸方向長さを大きくすることなく、回転部
品(8)と静止部品(9)の干渉を確実に回避できる。
また、これにより、エンジン全長を短縮し、エンジンを
軽量化することができる。
【0012】さらに、熱膨張差の影響を実質的に0にで
きるので、低圧タービンの静止部と回転部の相対位置
は、常に最適な軸方向位置となるので、適正なシールオ
ーバーラップ量が常に得られ、性能の向上と、主流ガス
巻き込みの最小化によるディスクリム温度の低減などの
効果が期待できる。
【0013】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
低圧タービンケーシング(12)と前後のケーシングと
の間には軸方向に可撓性のあるフレキシブルシール(1
8)が設けられている。この構成により、低圧タービン
ケーシング(12)の軸方向移動による主流ガスの漏れ
をフレキシブルシール(18)で防止することができ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお各図において共通する
部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【0015】図1は、本発明の低圧タービンクリアラン
ス調節装置の構成図である。この図は、図2に例示した
2軸ガスタービンエンジンの低圧タービン部のみを示し
ている。この例において、低圧タービンは、5段の動翼
列8と4段の静翼列9からなる。
【0016】5段の動翼列8は、タービンディスクが一
体に連結され、エンジンの軸心Z-Zを中心に回転す
る。以下、動翼列8とタービンディスクを含めて回転部
品8と呼ぶ。この回転部品8は、図2に例示したロング
シャフト6を介してファン1に連結されている。ロング
シャフト6は、前端部が前後しないように軸受けで支持
され、熱膨張差により低圧タービン側が前後に伸縮す
る。
【0017】4段の静翼列9は、5段の動翼列8の間に
干渉を避ける最小限(数mm程度)の隙間で配置されて
いる。各静翼列9の外周部は、低圧タービンケーシング
12の内側に固定されている。以下、静翼列9を静止部
品9と呼ぶ。
【0018】図1において、本発明の低圧タービンクリ
アランス調節装置10は、上述した低圧タービンケーシ
ング12の他に、ケーシング駆動装置14、クリアラン
スセンサ16及びフレキシブルシール18を備える。
【0019】低圧タービンケーシング12は、その内側
に低圧タービンの静止部品9(静翼列9)が取り付けら
れ、かつ図示しないガイドにより軸方向に移動可能に支
持されている。またこの例で、低圧タービンケーシング
12と前後のケーシングとの間には軸方向に可撓性のあ
るフレキシブルシール18(例えばベローズ)が設けら
れ、その間を気密に保持している。
【0020】ケーシング駆動装置14は、例えば液圧シ
リンダ、ガス圧シリンダ、等であり、低圧タービンケー
シング12を軸方向に移動させるようになっている。
【0021】クリアランスセンサ16は、非接触式の隙
センサ(例えば超音波センタ、渦電流センサ)であり、
低圧タービンの回転部品8の基準位置Aと、静止部品9
の基準位置Bとの軸方向代表間隔Lを計測する。回転部
品8の基準位置Aはこの例では第1段の動翼列8が取り
付けらてらタービンディスクの上流側端面である。ま
た、静止部品9の基準位置Bは、低圧タービンケーシン
グ12の上流側の高圧タービンケーシングに固定された
クリアランスセンサの基準位置である。なお、基準位置
A、Bはこの例に限定されず、回転部品8と静止部品9
の軸方向相対位置を検出できる位置であればよい。
【0022】図1において、15は制御装置であり、ク
リアランスセンサ16の出力信号により、ケーシング駆
動装置14を制御し、クリアランスセンサ16で検出さ
れた代表間隔Lが、基準範囲内にあるように、ケーシン
グ駆動装置14により、低圧タービンケーシング12を
軸方向に移動させる。代表間隔Lの基準範囲は、定常状
態の長さ±5mm程度に設定するのがよい。
【0023】上述した本発明の構成によれば、クリアラ
ンスセンサ16で検出された回転部品8と静止部品9の
軸方向代表間隔Lが、基準範囲内にあるように、ケーシ
ング駆動装置14により、低圧タービンケーシング12
を軸方向に移動させるので、熱膨張差により、静止部品
9に対し回転部品8が相対的に前後移動しても、この移
動に追従して、低圧タービンケーシングに取り付けられ
た静止部品9を軸方向に移動するので、熱膨張差の影響
を実質的に0にできる。
【0024】従って、低圧タービンの段数が増加して
も、各回転部品(例えば動翼)と静止部品(例えば静
翼)の隙間は最小限(数mm程度)に保持できので、低
圧タービンの軸方向長さを大きくすることなく、回転部
品8と静止部品9の干渉を確実に回避できる。また、こ
れにより、エンジン全長を短縮し、エンジンを軽量化す
ることができる。
【0025】さらに、熱膨張差の影響を実質的に0にで
きるので、低圧タービンの静止部と回転部の相対位置
は、常に最適な軸方向位置となるので、適正なシールオ
ーバーラップ量が常に得られ、性能の向上と、主流ガス
巻き込みの最小化によるディスクリム温度の低減などの
効果が期待できる。
【0026】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、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
【0027】
【発明の効果】上述したように、本発明の2軸ガスター
ビンエンジンの低圧タービンクリアランス調節装置は、
低圧タービンの段数が増加しても、低圧タービンの軸方
向長さを大きくすることなく、回転部品(例えば動翼)
と静止部品(例えば静翼)の干渉を確実に回避でき、こ
れにより、エンジン全長を短縮し、エンジンを軽量化す
ることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の低圧タービンクリアランス調節装置の
構成図である。
【図2】2軸ガスタービンエンジンの模式図である。
【符号の説明】
1 ファン、2 高圧圧縮機、3 燃焼器、 4 高圧タービン、5 低圧タービン、 6 ロングシャフト、7 エンジンケーシング、 8 回転部品(動翼列)、9 静止部品(静翼列)、 10 低圧タービンクリアランス調節装置、 12 低圧タービンケーシング、 14 ケーシング駆動装置、15 制御装置、 16 クリアランスセンサ、18 フレキシブルシー
ル、
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02C 7/28 F02C 7/28 Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低圧タービンの静止部品が取り付けられ
    軸方向に移動可能に支持された低圧タービンケーシング
    (12)と、該低圧タービンケーシングを軸方向に移動
    させるケーシング駆動装置(14)と、低圧タービンの
    回転部品(8)の基準位置Aと静止部品(9)の基準位
    置Bとの軸方向代表間隔Lを計測するクリアランスセン
    サ(16)と、を備え、 クリアランスセンサで検出された代表間隔Lが、基準範
    囲内にあるように、ケーシング駆動装置により、低圧タ
    ービンケーシングを軸方向に移動させる、ことを特徴と
    する2軸ガスタービンエンジンの低圧タービンクリアラ
    ンス調節装置。
  2. 【請求項2】 前記低圧タービンケーシング(12)と
    前後のケーシングとの間には軸方向に可撓性のあるフレ
    キシブルシール(18)が設けられている、ことを特徴
    とする請求項1に記載の低圧タービンクリアランス調節
    装置。
JP2002122086A 2002-04-24 2002-04-24 2軸ガスタービンエンジンの低圧タービンクリアランス調節装置 Pending JP2003314209A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013234664A (ja) * 2012-05-10 2013-11-21 General Electric Co <Ge> 内側タービンシェルの軸方向の移動
WO2015108340A1 (ko) * 2014-01-14 2015-07-23 두산중공업 주식회사 블레이드 팁 간극 조절 수단을 구비한 가스 터빈 및 그 제어방법
CN106837432A (zh) * 2015-12-03 2017-06-13 上海电气电站设备有限公司 汽轮机胀差控制结构及控制方法

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