JP2004346885A

JP2004346885A - タービンフレーム構造

Info

Publication number: JP2004346885A
Application number: JP2003147310A
Authority: JP
Inventors: Yuta Matsumoto; 祐太松本; Atsushi Sato; 篤佐藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】ストラットとフェアリングからなり、ガスタービンの回転軸及びその軸受を支持するタービンフレーム構造であって、全体を軽量化でき、流路表面の凹凸が少なく圧力損失が小さく、熱応力が少なく、高温ガスのフェアリング内部への流入を抑制できるタービンフレーム構造を提供する。
【解決手段】タービンフレームのアウタリング２とインナーリング４を連結するストラット１２と、ストラットを囲み周方向に間隔を隔てて位置する複数のフェアリング１４と、隣接するフェアリングを周方向に連結する連結部材１６とを備える。フェアリング１４はストラット１２を挟んで周方向に分割可能に形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストラットとフェアリングからなり、ガスタービンの回転軸及びその軸受を支持するタービンフレーム構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの回転軸及びその軸受を支持するタービンフレーム構造として、特許文献１が開示されている。特許文献１の「タービンフレーム組立体」は、図４に示すように、ケーシング５１、ハブ５２及びストラット５３からなる。ハブ５２には、ガスタービンの回転軸及びその軸受が支持される。また図示しない一体構造のフェアリングを、ストラット５３のまわりに挿入後に、ストラット５３の両端部をボルト５４，５５でケーシング５１とハブ５２に締結するものである。フェアリングは、ケーシング５１とハブ５２の間を通過する高温ガスにストラット５３が直接曝されるのを防止し、ストラットの過熱による強度低下を防ぐ機能を有する。
【０００３】
また、その他の構造として、ストラットを一体構造とし、フェアリングを板金構造にしたタービンフレーム構造も知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１５０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の「タービンフレーム組立体」では、タービンフレームのアウタリング（ケーシング）とストラットを別部品としているため、同等の構造強度を確保する場合、重量が増大する。
【０００６】
また、ストラットを一体構造とし、フェアリングを板金構造にしたタービンフレーム構造では、板材のフェアリングを採用しライナにボルト／ナットで締結する構造としているため、流路表面の凹凸が多く圧力損失が増大し、ガスタービンの性能が低下する。また、板金構造のフェアリングが熱応力で変形し、ガスタービンの運用時に高温ガス締結部に生じるすき間からがフェアリング内部への流入する問題点がある上、分解時、板材フェアリングの再使用も不可である。さらに、フェアリングの締結部構造が複雑となるため、部品数が多く、重量が増加するデメリットもある。
【０００７】
本発明は、上述した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、ストラットとフェアリングからなり、ガスタービンの回転軸及びその軸受を支持するタービンフレーム構造であって、全体を軽量化でき、流路表面の凹凸が少なく圧力損失が小さく、熱応力が少なく、高温ガスのフェアリング内部への流入を抑制できるタービンフレーム構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、タービンフレームのアウタリングとインナーリングを連結するストラットと、該ストラットを囲み周方向に間隔を隔てて位置する複数のフェアリングと、隣接するフェアリングを周方向に連結する連結部材とを備え、前記フェアリングはストラットを挟んで周方向に分割可能に形成されている、ことを特徴とするタービンフレーム構造が提供される。
【０００９】
上記本発明の構成によれば、タービンフレームのアウタリングとストラットを一体構造にすることが可能なため、全体を軽量化することができる。また、フェアリングがストラットを挟んで周方向に分割可能に形成されているので、フェアリングと連結部材をストラットを挟んでストラットの組立て後に組み立てることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記フェアリングは、内側バンド部、外側バンド部、および翼部からなり、前記連結部材は、フェアリングの内側バンド部を連結する内側連結部材と、外側バンド部を連結する外側連結部材とからなる。
【００１１】
この構成により、内側連結部材と外側連結部材で隣接するフェアリングを周方向に連結することにより、アウタリングとインナーリングの間の流路表面の凹凸を少なくし圧力損失が小さくし、かつ高温ガスの締結部に生じるすき間からフェアリング内部への流入を抑制できる。
【００１２】
また、前記フェアリングの外側バンド部と外側連結部材は、アウタリングに熱膨張可能に取り付けられる。
この構成により、熱応力を少なくできる。
【００１３】
また、好ましくは、前記フェアリングは、ストラットを挟んで周方向に対称な１対の半割セグメントと、該１対の半割セグメントの間に挟持される前縁部材とからなり、各半割セグメントは、それぞれ半割の内側バンド部、外側バンド部、および翼部からなる。
この構成により、ボルト／ナット等の締結構造が不要となり、構造が簡素化され、かつ重量／部品点数も低減できる。
【００１４】
また、前記半割セグメントと前縁部材は、鋳造部品又は鍛造部品である、ことが好ましい。
この構成により、流路表面の凹凸を低減できる。さらに、最も高温なガスに曝されるフェアリング前縁部（前縁部材）を別部品とすることにより、前縁部材のみ耐熱性の高い材料を使用して、フェアリング全体の製造コストを下げることができる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は、本発明によるタービンフレーム構造の部分断面図である。この図に示すように、本発明のタービンフレーム構造は、タービンフレームのアウタリング２とインナーリング４を連結するストラット１２と、ストラット１２を囲み周方向に間隔を隔てて位置する複数のフェアリング１４と、隣接するフェアリング１４を周方向に連結する連結部材１６とを備える。なおこの図で、６は上流側のタービン動翼、８は下流側のタービン静翼であり、タービン動翼６からタービン静翼８に向かって高温ガス９が流れるようになっている。
【００１７】
図２は、図１のＡ−Ａ矢視図であり、図３は、本発明を構成するフェアリングの斜視図である。
【００１８】
図３に示すように、フェアリング１４は、内側バンド部１４ａ、外側バンド部１４ｂ、および翼部１４ｃからなる。また、連結部材１６は、フェアリングの内側バンド部１４ａを連結する内側連結部材１６ａと、外側バンド部１４ｂを連結する外側連結部材１６ｂとからなる。
【００１９】
また、図２に示すように、フェアリング１４は、ストラット１２を挟んで周方向に対称な１対の半割セグメント１５ａと、１対の半割セグメント１５ａの間に挟持される前縁部材１５ｂとからなり、ストラットを挟んで周方向に分割可能に形成されている。この各半割セグメント１５ａは、それぞれ半割の内側バンド部１４ａ、外側バンド部１４ｂ、および翼部１４ｃからなる。
半割セグメント１５ａと前縁部材１５ｂは、鋳造部品又は鍛造部品であり、互いに密着して隙間ができないように構成されている。また、特に前縁部材１５ｂには高温ガス９に耐える耐熱材料を用いる。
なお、１対の半割セグメントの間、半割セグメント１５ａと前縁部材１５ｂの間のシール性を高めるために、周知のシール板、又はシール材を用いてもよい。
【００２０】
図１において、フェアリング１４の外側バンド部１４ｂと外側連結部材１６ｂは、アウタリング２の下流端にコの字断面のリング部材１８で固定され、この固定端以外が自由に熱膨張できるように取り付けられている。
また、この図で、１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、フェアリングと連結部材の端部とケーシングとの間をシールするＥシールであり、フェアリングと連結部材の熱膨張を許容しながらその間をシールするようになっている。
【００２１】
さらに、フェアリング１４の内側バンド部１４ａと内側連結部材１６ａは、半径方向内方に延びるフランジ部１４ｃ，１６ｃを有する。このフランジ部１４ｃ，１６ｃは挟持部材２０で互いに連結され、熱膨張時に軸方向位置が互いにずれないようになっている。
また、フェアリング１４の内側バンド部１４ａと内側連結部材１６ａ、及び外側バンド部１４ｂと外側連結部材１６ｂは、周方向端面が互いに密接し、端面に設けられた溝に嵌め込むシールプレート（図示せず）により、その間がシールされる。
【００２２】
上述した本発明の構成によれば、タービンフレームのアウタリングとストラットを一体構造にすることが可能なため、全体を軽量化することができる。また、フェアリングがストラットを挟んで周方向に分割可能に形成されているので、フェアリングと連結部材をストラットを挟んでストラットの組立て後に組み立てることができる。
また、分解時においても、タービンフレームのアウタリング、インナリングとストラットが一体の状態でフェアリングの分解が可能に形成されているので、整備性に優れる。
【００２３】
また、内側連結部材と外側連結部材で隣接するフェアリングを周方向に連結することにより、アウタリングとインナーリングの間の流路表面の凹凸を少なくし圧力損失が小さくし、かつ高温ガスの締結部に生じるすき間からフェアリング内部への流入を抑制できる。さらに、ボルト／ナット等の締結構造が不要となり、構造が簡素化され、かつ重量／部品点数も低減できる。
【００２４】
また、流路表面の凹凸を低減し、かつ熱応力を少なくできる。さらに、最も高温なガスに曝されるフェアリング前縁部（前縁部材）を別部品とすることにより、前縁部材のみ耐熱性の高い材料を使用して、フェアリング全体の製造コストを下げることができる。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで自由に変更することができることは勿論である。例えば、本発明を航空用、舶用、陸上用のガスタービンに広く適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、ロータを支持するタービンフレーム構造を有するガスタービンにおいて、鋳物もしくは鍛造材を使用した分割構造のフェアリングを採用することにより、以下の効果が得られる。
（１）圧力損失の低減によるガスタービンの性能向上
（２）タービンフレームのアウタリングとストラットの一体化を維持可能な構造とすることによる重量低減
（３）構造の簡素化による重量／部品点数の低減
（４）最適な分割構造を採用することによる製造コストの低減
（５）タービンフレームのアウタリングとストラットの一体化を維持可能な構造とすることによる整備性向上
【００２７】
従って、本発明のタービンフレーム構造は、全体を軽量化でき、流路表面の凹凸が少なく圧力損失が小さく、熱応力が少なく、高温ガスの締結部に生じるすき間からフェアリング内部への流入を抑制できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるタービンフレーム構造の部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明を構成するフェアリングの斜視図である。
【図４】従来のタービンフレーム構造の部分図である。
【符号の説明】
２アウタリング、４インナーリング、
６タービン動翼、８タービン静翼、９高温ガス、
１２ストラット、１４フェアリング、
１４ａ内側バンド部、１４ｂ外側バンド部、１４ｃ翼部、
１６連結部材、１６ａ内側連結部材、１６ｂ外側連結部材、
１８リング部材、１９ａ，１９ｂ，１９ｃＥシール、
２０挟持部材

Claims

タービンフレームのアウタリングとインナーリングを連結するストラットと、該ストラットを囲み周方向に間隔を隔てて位置する複数のフェアリングと、隣接するフェアリングを周方向に連結する連結部材とを備え、
前記フェアリングはストラットを挟んで周方向に分割可能に形成されている、ことを特徴とするタービンフレーム構造。
前記フェアリングは、内側バンド部、外側バンド部、および翼部からなり、
前記連結部材は、フェアリングの内側バンド部を連結する内側連結部材と、外側バンド部を連結する外側連結部材とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のタービンフレーム構造。
前記フェアリングの外側バンド部と外側連結部材は、アウタリングに熱膨張可能に取り付けられる、ことを特徴とする請求項２に記載のタービンフレーム構造。
前記フェアリングは、ストラットを挟んで周方向に対称な１対の半割セグメントと、該１対の半割セグメントの間に挟持される前縁部材とからなり、
各半割セグメントは、それぞれ半割の内側バンド部、外側バンド部、および翼部からなる、ことを特徴とする請求項１に記載のタービンフレーム構造。
前記半割セグメントと前縁部材は、鋳造部品又は鍛造部品である、ことを特徴とする請求項４に記載のタービンフレーム構造。