JP2004225698A - 整備性を向上させるためのタービンステージ１のシュラウド構成及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 整備性を向上させるためのタービンステージ１のシュラウド構成及び方法を提供する。
【解決手段】 両方ともが第１の軸方向に開口する前端部溝１２６及び後端部溝１２８を有する外側シュラウド１１６と、各々が前端部フック１１０及び後端部フック１１２を有する複数の内側シュラウド１１８とを含むステータシュラウドセグメントが提供される。内側シュラウドのフックは、第１の軸方向と正反対の第２の軸方向に突出し、内側シュラウドの各々の前端部及び後端部フックは、該内側シュラウドを外側シュラウドに対して軸方向及び半径方向に固定するために該外側シュラウドの前端部及び後端部溝にそれぞれ係合される。この組立体は、複雑さを増すことなく内側シュラウドへのアクセスを簡単化しかつ該内側シュラウドを取り外すのを簡単化する。
【選択図】 図２

Description

産業用ガスタービンにおいては、シュラウドセグメントが、タービンロータ軸線を中心に環状の配列でタービンシェルフックに固定されて、タービンロータの一部を形成するバケットの先端の半径方向外側に隣接して位置する環状のシュラウドを形成する。シュラウドの内側壁が、ガス流路の一部を定める。従来では、シュラウドセグメントは、内側及び外側シュラウドからなり、該内側及び外側シュラウドには、該内側及び外側シュラウドの前端部及び後端部に隣接して、それらを互いに結合するための相補形のフック及び溝が設けられる。次に外側シュラウドは、タービンシェル又はケーシングフックに固定される。例示的な構成では、各シュラウドセグメントは、１つの外側シュラウドと２つ又は３つの内側シュラウドとを有する。

過去には内側シュラウドの構成に対して２つの普通の方法、すなわち対向フック設計とＣ−クリップ設計とが取られてきた。対向フック設計が、より伝統的な方法であり、外側シュラウドによって保持される前端部及び後端部上に、対向して突出するフックを組み込んでいる。このような構成における主な整備上の欠点は、内側シュラウドは軸方向に取り外すことができない、すなわち内側シュラウドは、ケーシングから円周方向に摺動させて取り外すことしかできないことである。このアクセスの制約により、関心のあるシュラウドにアクセスすることができる前に、あらゆる組合せシュラウド組立体が取り外されることが必要になる。

従って、伝統的な対向フック設計の場合に、特定の内側シュラウドを取り外すためには、全ての先行するシュラウドの回転防止ピンが切り離され、次ぎに関心のあるシュラウドがアクセス可能になるまで該先行するシュラウドを１つずつ円周方向に摺動させることにより、全ての先行するシュラウドが取り外されなければならなかった。６Ｃ型エンジンの６６個の部品点数の場合には、これは、関心のある内側シュラウドがアクセス可能になる前に１５個の内側シュラウドに加えて５個もの付加的な外側シュラウドを取り外すことが必要であることになる。

上述の第２の従来の方法、すなわちＣ−クリップ設計は、内側シュラウドへの軸方向のアクセスを可能にする対向フック方法に対して、整備性の向上をもたらす。図１には、従来のＣ−クリップ設計が、概略的に示されている。

この図から分かるように、伝統的な対向フック方法と同様に、この構成もまた、対向する方向に突出する前端部及び後端部フック１０、１２を含む。しかしながら、後端部フック１２は、外側シュラウド１６により保持されるのとは異なり、別個のＣ−クリップで保持される。Ｃ−クリップ１４を取り外すことにより、内側シュラウド１８は、矢印Ａで示すように軸方向に取り外されることができ、それによって関心のあるシュラウド１８のみを取り外すことを可能にすることによって整備上のアクセスを向上させる。しかしながら、クロスシールを取り除くためには、各側部（図示せず）における少なくとも１つ、例えばおよそ１つから３つの隣接する内側シュラウドを、依然として円周方向に移動させなければならないことに注目されたい。

上述のＣ−クリップ構成には２つの主な欠点がある。その第１は、付加的なＣ−クリップ構成部品及び特徴形状の複雑さが増すことである。これらの構成部品及び特徴形状には、Ｃ−クリップ自体と、回転防止ピンと、軸方向及び半径方向位置決め面、Ｃ−クリップ用の受け面、及び保持ピン穴に適応させるのに必要な機械加工された特徴形状とが含まれる。Ｃ−クリップ構成の第２の欠点は、Ｃ−クリップピンへの整備上のアクセスを可能にするために、関心のある領域内のステージ２のノズルが、円周方向に移動されなければならず、それにはノズル回転防止ピンを取り外すことが必要となることである。

従って、整備上のアクセスを改善すること及び複雑さを減少させることのような更なる整備性の向上が望まれているといえる。

本発明は、伝統的な対向フック設計及びＣ−クリップ設計と比較して前端部フックが逆向きなるようにステージ１の内側シュラウドを改良して、付加的なシュラウドを取り外すことなく関心のあるシュラウドを軸方向に取り外すことを可能にすることを提案する。本発明の実施形態による逆向きフック構成を設けることにより、Ｃ−クリップ設計の複雑さを増すことなくアクセスを簡単化する。

従って、本発明は、ステータシュラウドセグメントにおいて実施することができ、該セグメントは、上流側前端部と下流後端部と半径方向内側及び半径方向外側面とを有し、かつ両方ともが第１の軸方向に突出する前端部フックと後端部フックとを含む外側シュラウドと、各々が上流側前端部と下流側後端部と半径方向内側及び半径方向外側面とを有し、かつ両方ともが該第１の軸方向と正反対の第２の軸方向に突出する前端部フックと後端部フックとを含む複数の内側シュラウドとを含み、内側シュラウドの各々の前端部及び後端部フックが、外側シュラウドの前端部及び後端部フックとそれぞれ係合し、この係合により内側シュラウドが外側シュラウドに対して軸方向及び半径方向に固定される。

本発明は更に、多段ガスタービンのステータシュラウドにおいて実施することができ、該シュラウドは、１つの段を通る高温ガス流路を部分的に定めかつタービンロータの一部を形成する該１つの段のバケットの先端を覆って位置する表面を有し、上流側前端部と下流側後端部とを有するシュラウドセグメントを含み、シュラウドセグメントが、外側シュラウドと該外側シュラウドに接合された少なくとも１つの内側シュラウドとを含み、該外側シュラウドが、該外側シュラウドの前端部及び後端部の各々に隣接しかつそれに沿って形成され、軸方向同一方向に開口した溝を有し、該内側シュラウドが、外側シュラウドの溝にそれぞれ係合するための前端部軸方向突出タブ部分と後端部軸方向突出タブ部分とを有し、この係合により内側シュラウドが外側シュラウドに対して軸方向及び半径方向に固定される。

本発明は更に、同一軸方向に突出する前端部フック及び後端部フックを有する第１の内側シュラウドを、該第１の内側シュラウドの前端部及び後端部フックと相互に係合した前端部溝及び後端部溝を有する外側シュラウドから切り離して取り外す方法において実施することができ、該方法は、第１の内側シュラウドの上流側の組合せ部品を取り外す段階及び該組合せ部品を軸方向に移動させる段階のうちの１つ段階と、第１の内側シュラウドと外側シュラウドとに係合する第１の内側シュラウド回転防止ピンを取り外す段階と、円周方向に隣接する内側シュラウドから回転防止ピンを取り外し、円周方向に隣接する内側シュラウドを該内側シュラウド間からクロスシールを取り除けるようになるまで摺動させる段階と、第１の内側シュラウドを軸方向に摺動させて、外側シュラウドの前端部及び後端部フックから前記前端部及び後端部フックを切り離す段階と、第１のシュラウドを半径方向に移動させて、第１の内側シュラウドを切り離して取り外す段階とを含む。

本発明のこれら及び他の目的及び利点は、添付の図面に関連してなされる本発明の現時点で好ましくかつ例示的な実施形態の以下のより詳細な説明を注意深く検討することによって、より完全に理解されかつ評価されるであろう。

上述のように、図１は、従来のＣ−クリップ設計を概略的に示す。図示するように、内側シュラウド１８は、外側シュラウド１６の対応する前端部及び後端部フック２０、２２と係合する内側シュラウドの前端部すなわち上流側端部内側シュラウドフック１０と内側シュラウドの後端部すなわち下流側端部フック１２とを含む。内側シュラウド後端部フック１２は、外側シュラウド構造体により保持されるのではなく、別個のＣ−クリップ１４で外側シュラウド１６の後端部フック２２に固定される。内側シュラウドを取り外すためには、Ｃ−クリップ１４が取り外されなければならず、内側シュラウド１８は、半径方向（矢印Ｒ）に動かされるか又は、より具体的には、内側シュラウドの後端部が外側シュラウド１６から外れるまで前端部フック１０の周りで回転され、次ぎに内側シュラウド１８が外側シュラウド１６から完全に外れるまで軸方向（矢印Ａ）に移動される。上述のように、付加的なＣ−クリップ構成部品及び特徴形状の複雑さが増すことに加えて、Ｃ−クリップ構成は、Ｃ−クリップピン（図示せず）への整備上のアクセスを可能にするために、関心のある領域内のステージ２のノズルが、円周方向に移動されることを必要とし、それにはノズル回転防止ピンを取り外すことが必要である。

図２〜図５を参照すると、外側シュラウド１１６と複数の内側シュラウド１１８とから構成された、全体を符号１００で表すシュラウドセグメントが示されている。一般的に、２つ又は３つの内側シュラウドが設けられる。図示したシュラウドセグメント１００は、３つの内側シュラウド１１８を含むようになっており、分かりやすくするためにそのうちの１つだけが示されている。後でより詳細に説明するように、内側シュラウドは、その前端部及び後端部に隣接するフック１１０及び１１２をそれぞれ有しており、これらフック１１０及び１１２が、最終組立体において外側シュラウド１１６のフック１２０、１２２により形成された溝１２６及び１２８内に円周方向に摺動可能に係合する。図示した実施形態では、インピンジメント冷却板１２４が、シュラウド間に取付けられて、従来の方法でシュラウドセグメント１００の内部壁面をインピンジメント冷却する。

図示した実施形態では、外側シュラウド１１６は、半径方向外側ダブテール１３０を有し、該半径方向外側ダブテール１３０は、固定タービンシェル又はケーシングの一部を形成する前端部及び後端部フック１３４、１３６により形成されたダブテール溝１３２内に係合して、シュラウドセグメントをケーシングに固定する。図示した構成に代わるものとして、外側シュラウドに半径方向外側ダブテール溝を設け、該半径方向外側ダブテール溝がタービンケーシングの一部として形成された対応する形状のダブテールを受けるようにすることができることを理解されたい。シュラウドセグメント１００の環状の配列が、ガスタービンのロータの周り及び該ロータ上のバケットの先端の周りに形成され、それによって外壁すなわちタービンの高温ガス流路を通って流れる高温ガスの境界を形成することが分かるであろう。図２には、内側シュラウドのシールスロット１７０、ステージ１のノズル構造体１７２、ステージ１のバケット１７４、及びステージ２のノズル構造体１７６が、組み立てられた状態でかつ参考のために示されている。

上述のように、本発明の実施形態として、内側シュラウド１１８を外側シュラウド１１６に対して係合し保持する逆向きフックシュラウド構成が設けられて、整備性及び組立性を向上させる。組合せ部品を示す、シュラウドセグメント１００の円周方向詳細端面図である図２を参照すると、外側シュラウド１１６には、上述のように前端部及び後端部ケーシングフック１３４、１３６が係合し、また外側シュラウド回転防止ピン１３８が、対応するスロット１４０（図４）内に延びるように設けられてケーシング１４２に対して外側シュラウド１１６を円周方向に固定することが理解できるであろう。図示した実施形態では、外側シュラウドのシールスロット１４４が示され、同様に空気調量穴１４６及びインピンジメント板１２４が示されている。更に、外側シュラウドの前端部には、内側シュラウド回転防止ピン穴１４８が設けられて、対応する穴１５０と整列して内側シュラウド回転防止ピン１５２を受ける。

上述しかつ図１に示す従来の構成と対照的に、外側シュラウド１１６の前端部フック１２０は、その後端部から離れるように軸方向上流方向に突出するタブ部分１５４を備えるように逆向きにされている。外側シュラウド１１６の後端部フック１２２もまた、前端部フック１２０のタブ部分１５４と同一方向に前端部に向かって軸方向上流方向に突出するタブ部分１５６を備える。従って、外側シュラウド１１６の溝１２６及び１２８は両方とも、軸方向上流方向に開口する。

内側シュラウド１１８のフック１１０及び１１２は、前端部及び後端部フック１２０、１２２に、具体的には外側シュラウド１１６の溝１２６、１２８に係合する。より具体的には、図示した実施形態では、内側シュラウドの前端部フック１１０は、後端部に向かって軸方向下流方向に突出するタブ部分１５８を含み、該タブ部分１５８が外側シュラウド１１６のフック１２０と軸方向及び半径方向に係合して内側シュラウドを軸方向及び半径方向に固定する。ステージ１の保持リング、すなわちステージ１のノズルハードウェアもまた、内側シュラウドを固定するのに寄与することに注目されたい。つまり、保持リングは、外側シュラウドの前端部フックが外れるほど大きく前方にシュラウドが移動するのを防止する。更に、図示した実施形態では、上述のように、受け口すなわち穴１５０が、内側シュラウドの前端部フックに形成されて、外側シュラウド前端部分に形成された対応する穴１４８を通して挿入された内側シュラウド回転防止ピン１５２を受ける。

内側シュラウドの後端部フックは、同様に前端部タブ部分１５８と同一方向に後端部に向かって軸方向下流方向に延びるタブ部分１６０を含み、外側シュラウドの後端部フック１２２で軸方向及び半径方向に固定される。

関心のある内側シュラウドを取り外すために、最初に保持リング１７８（組合せ部品）が取り外されるか、又はおよそ１インチだけ前方すなわち上流方向に摺動される。次ぎに、内側シュラウド前端部のＷシール１８０が取り外され、また内側シュラウド回転防止ピン１５２が引き抜かれる。次に、各側部の少なくとも１つの隣接する内側シュラウドの回転防止ピンが、取り外され、それらの内側シュラウドは、クロスシールが取り除けるようになるまで円周方向に摺動させられる。次ぎに、目標の内側シュラウドが、前端部及び後端部フック１１０、１１２を切り離すように軸方向に摺動させ、次いで半径方向に移動させることによって取り外される。その後、新しい内側シュラウドが、半径方向に挿入され次いで軸方向に摺動され、隣接する内側シュラウドを再配置してクロスシールに係合させ、内側シュラウド回転防止ピンを再取付けすることによって、取付けられる。

Ｃ−クリップ設計と比較して、逆向き形状構成は、Ｃ−クリップ及びステージ２のノズル回転防止ピンを取り外す必要性を排除する。つまり、Ｃ−クリップ設計では、該Ｃ−クリップ保持ピンがアクセス可能になるまで、ステージ２のノズルを円周方向に充分に摺動させなければならない。このことは、全ての処置中のステージ２のノズルの回転防止ピンを取り外すことを必要とする。図示した実施形態の逆方向フック設計では、これらの段階は、全て排除される。

図示したシュラウド組立体は、伝統的なＣ−クリップ設計と比較して前端部フック１１０を逆向きにすることによって、軸方向の取付け及び取り外しを達成する。整備性及び組立性の観点からすれば、内側シュラウドを軸方向に取り外すことができることは、組み合わされた外側シュラウド、Ｃ−クリップ、及びステージ２のノズル回転防止ピンを取り外すことを含む整備工程を排除するか又は減少させることができる。この構成はまた、同じ整備向上目的を達成しながら、Ｃ−クリップ設計と比較して必要とする機械加工された特徴形状の数を減少させることによって、生産性を単純化する。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して、本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、また特許請求の範囲に示した参照符号は、本発明の技術的範囲を制限するためのものではなくそれらを容易に理解するためのものである。

従来のＣ−クリップの内側シュラウド保持設計を示す、シュラウドセグメントの円周方向概略端面図。 本発明を実施したシュラウドセグメントの円周方向概略端面図。 外側シュラウドの半径方向内側構成を明らかにするために内側シュラウドセグメントの２つを省略した状態における、図２のシュラウドセグメントの斜視図。 図３に示す組立体の上方からの斜視図。 本発明の実施形態による内側シュラウドの斜視図。

符号の説明

１００ シュラウドセグメント
１１０ 内側シュラウドの前端部フック
１１２ 内側シュラウドの後端部フック
１１６ 外側シュラウド
１１８ 内側シュラウド
１２０ 外側シュラウドの前端部フック
１２２ 外側シュラウドの後端部フック
１２６、１２８ 外側シュラウドの溝
１３８ 外側シュラウド回転防止ピン
１４２ タービンケーシング
１４４ 外側シュラウドのシールスロット
１４８ 内側シュラウド回転防止ピンの穴
１５０ 受け口
１５２ 内側シュラウド回転防止ピン
１５４、１５６ 外側シュラウドのタブ部分
１５８、１６０ 内側シュラウドのタブ部分
１７０ 内側シュラウドのシールスロット
１７２ ステージ１のノズル構造体
１７４ バケット
１７６ ステージ２のノズル構造体
１７８ 保持リング

Claims (10)

1. 多段ガスタービン用のステータシュラウドであって、
   １つの段を通る高温ガス流路を部分的に定めかつタービンロータの一部を形成する前記１つの段のバケット（１７４）の先端を覆って位置する表面を有し、上流側前端部と下流側後端部とを有するシュラウドセグメント（１００）を含み、
   前記シュラウドセグメントが、外側シュラウド（１１６）と前記外側シュラウドに接合された少なくとも１つの内側シュラウド（１１８）とを含み、
   前記外側シュラウド（１１６）が、該外側シュラウドの前端部及び後端部の各々に隣接しかつそれに沿って形成され、軸方向同一方向に開口した溝（１２６、１２８）を有し、
   前記内側シュラウド（１１８）が、前記外側シュラウドの溝（１２６、１２８）にそれぞれ係合する前端部軸方向突出タブ部分（１５４）と後端部軸方向突出タブ部分（１５６）とを有し、
   前記係合により前記内側シュラウド（１１８）を前記外側シュラウド（１１６）に対して軸方向及び半径方向に固定する、
   ことを特徴とするステータシュラウド。
2. 前記溝（１２６、１２８）が、軸方向上流方向に開口していることを特徴とする、請求項１に記載のステータシュラウド。
3. 前記外側シュラウド（１１６）に形成された穴（１４８）を貫通して前記内側シュラウド（１１８）に形成された対応する受け口（１５０）内に延びて、前記内側シュラウドを前記外側シュラウドに対して円周方向に固定する回転防止ピン（１５２）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のステータシュラウド。
4. 前記外側シュラウド（１１６）に対して固定された３つの前記内側シュラウド（１１８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のステータシュラウド。
5. 前記内側及び外側シュラウドの内部壁面により形成された冷却媒体空洞と、前記内側及び外側シュラウド（１１８、１１６）間に配置されて前記内側シュラウドの内部壁面をインピンジメント冷却するインピンジメント板（１２４）とを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のステータシュラウド。
6. 前記外側シュラウドの半径方向外側部分が、隣接するタービンケーシング（１４２）の対応するダブテール溝構成（１３２）に係合するためのダブテール構成（１３０）を有することを特徴とする、請求項１に記載のステータシュラウド。
7. 上流側前端部と、下流後端部と、半径方向内側及び半径方向外側面とを有し、かつ両方ともが第１の軸方向に突出する前端部フック（１２０）と後端部フック（１２２）とを含む外側シュラウド（１１６）と、
   各々が上流側前端部と、下流側後端部と、半径方向内側及び半径方向外側面とを有し、かつ両方ともが前記第１の軸方向と正反対の第２の軸方向に突出する前端部フック（１１０）と後端部フック（１１２）とを含む複数の内側シュラウド（１１８）と、
   を含み、
   前記内側シュラウドの各々の前端部及び後端部フックが、前記外側シュラウドの前端部及び後端部フックとそれぞれ係合し、
   前記係合により前記内側シュラウドを前記外側シュラウドに対して軸方向及び半径方向に固定する、
   ことを特徴とするステータシュラウドセグメント。
8. 前記外側シュラウドの前端部及び後端部フック（１２０、１２２）が、前記第１の方向に開口してその中に前記内側シュラウドの前端部及び後端部フック（１１０、１１２）をそれぞれ受けるそれぞれの前端部及び後端部溝（１２６、１２８）を形成していることを特徴とする、請求項７に記載のステータシュラウドセグメント。
9. 同一軸方向に突出する前端部フック（１１０）及び後端部フック（１１２）を有する第１の内側シュラウド（１１８）を、該第１の内側シュラウドの前端部及び後端部フックと相互に係合した前端部溝（１２６）及び後端部溝（１２８）を有する外側シュラウドから切り離して取り外す方法であって、
   前記第１の内側シュラウド（１１８）の上流側の組合せ部品（１７２）を取り外す段階及び該組合せ部品（１７２）を軸方向に移動させる段階のうちの１つ段階と、
   前記第１の内側シュラウドと前記外側シュラウドとに係合する第１の内側シュラウド回転防止ピン（１５２）を取り外す段階と、
   円周方向に隣接する内側シュラウドから回転防止ピンを取り外し、前記円周方向に隣接する内側シュラウドを該内側シュラウド間からクロスシールを取り除けるようになるまで摺動させる段階と、
   前記第１の内側シュラウドを軸方向（矢印Ａ）に摺動させて、前記外側シュラウドの前端部及び後端部フックから前記前端部及び後端部フックを切り離す段階と、
   前記第１のシュラウドを半径方向（矢印Ｒ）に移動させて、前記第１の内側シュラウドを切り離して取り外す段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
10. 前記第１の内側シュラウドのフックが、軸方向下流方向に突出しており、前記第１の内側シュラウドを軸方向に摺動させる前記段階が、前記第１の内側シュラウドを上流方向に摺動させる段階を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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