JP2004502081A - ガスタービンの移行ダクト用の連結装置 - Google Patents

Abstract

ガスタービンにおける、２つ又は３つのステータ翼を備えるセクタの形態で配列されそれ自体のリング上に詰め込まれた低圧ノズル（１２）を移行ダクト（１４）に連結するための装置に関する。低圧ノズル（１２）のプラットホーム（１１）には、溝（１３）が設けられ、該溝内に移行ダクト（１４）が端縁（１５）によって配置される。更に、移行ダクト（１４）とノズル（１２）のリングとの間のセンタリングは、ノズル（１２）のリング上の３つ又はそれ以上の個所においてセンタリング手段を用いて直接達成される。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧ノズルをガスタービンの一部を形成する移行ダクトに連結するための装置に関する。
【０００２】
更に、本発明は、ガスタービンの一部を形成する低圧ノズルに関する。
【０００３】
【従来の技術】
ガスタービンは圧縮機を含むことが知られており、該圧縮機に外気が供給され次いで加圧される。
【０００４】
加圧された空気は、噴出口で終わる一連の燃焼室を通って流れ、該燃焼室においてインジェクタが燃料を供給し、該燃料は空気と混合して燃焼用の空気燃料混合気を形成する。
【０００５】
次いで燃焼ガスは、タービンに向かって送られ、該タービンは、燃焼室内で燃焼したガスのエンタルピーをユーザに利用可能な機械的エネルギーに変換する。
【０００６】
二本シャフト式ガスタービンは、ガス発生器と、異なる速度で回転する独立したシャフトを備える出力タービンとを有する。
【０００７】
出力ロータは、一端で低圧タービンディスクを支持し、他端で軸受フランジを支持するシャフトで構成される。
【０００８】
ガス発生器内で発生した高温ガスは、低圧タービンによりユーザに利用可能な動力に変換されなければならない。
【０００９】
低圧ノズルは、高温ガスを加速しかつロータブレードに向けて導き、有用な動力をタービンシャフトに伝達する。
【００１０】
ガスタービンのハウジングをできるだけ低温に保つために、高温ガスが通過するステータノズルは、直接ステータハウジングに固定されず、代わりに各々が２つ又は３つのノズル部分から構成されたセクタの形態で配列され、かつ低熱伝導率材料で作られた仕切り板によりステータハウジングから隔離される。
【００１１】
ここで移行ダクトは、高圧ブレードと低圧ノズルとの間を連結する構成部品であることに注目されたい。
【００１２】
具体的には、移行ダクトは、一般的に２つの同心の円筒形部分からなり、その中央部分は、所望の高温ガス流を可能にするように異なる形状を有することができる。
【００１３】
高温ガスは、機械損失及び熱損失を最小にするように流されなければならない。従って、高温ガスは、極めて高い温度にあるので、移行ダクトの壁は、これらの状態に耐えてその構造的保全性を維持することができなければならない。
【００１４】
更に、移行ダクトと低圧ノズルとの間のシールは、エンジンの性能を保証しかつガスタービンの外側ハウジングの保全性を維持するための重要な変動要素である。
【００１５】
本発明により解決すべき技術的問題をもっと良く理解するために、次に、以下の従来技術の状況について説明する。
【００１６】
既存のタービンの移行ダクトは、２つの種類、すなわち厚肉の移行ダクト（セグメントに分割されている）と薄肉の移行ダクト（３６０度の部品である）とに分類することができる。
【００１７】
いずれの解決策においても、ハウジング及び低圧ノズルにより、外側壁は容易に支持することができる。
【００１８】
解決すべき主たる問題は、高圧ロータの後部にほぼ面する内側壁を正確に支持する問題である。
【００１９】
従って、内側壁は、低圧ノズルのプラットホームから延びる構造支柱、或いは連結アーム又は突起を用いて外側壁によって支持することができるのみである。
【００２０】
内側壁は一端のみでは容易に支持できないので、移行ダクトの軸方向長さが大きい場合には、上述の第１の解決策が、特に好都合である。
【００２１】
しかしながら、正確には移行ダクトを通って流れるガスの高い温度のために、支柱又は連結アームは、機械損失を生じる可能性があり、また単純な設計に属するものではない。
【００２２】
これらの高い温度は、様々な構成部品を破壊し、従って、その有効寿命及びその熱疲労耐性を著しく制限する原因となる可能性がある、「熱疲労」という付随事象を引き起こす懼れがある。
【００２３】
いずれの場合にも、移行ダクトの軸方向長さは、低圧ノズルのプラットホームの軸方向長さを延長することによってのみ最小にすることができるので、移行ダクトは、一部の用途においては低圧ノズルの延長したプラットホーム内に含まれる。
【００２４】
この解決策が、従来技術の実施形態の実例として図１に示されている。
【００２５】
具体的には、図１は、全体を符号２０によって示した組立体を含み、この組立体は、低圧ノズル２３の延長したプラットホーム２２に連結された移行ダクト２１を含む。連結アーム２４もまた、示されている。
【００２６】
また、セグメント化された内側壁は、高温ガスから保護された内側構造体により支持されることができ、重量負荷及び圧力差を受ける。
【００２７】
従来技術においては、航空機タービンには普通である（薄肉の）３６０度の移行ダクトと並んで、水平方向に分離したハウジングを備える高性能エンジンの場合には、セグメント化されたダクトが一般的に用いられる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、センタリング装置自体を通しての外側ハウジングへの熱伝達を防止することを可能にする、ガスタービンにおける低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置を提供することである。
【００２９】
本発明の別の目的は、それを支持しセンタリングするための支柱又は連結アームを用いることを回避した、ガスタービンにおける低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置を提供することである。
【００３０】
本発明の更に別の目的は、その取り付けが簡単かつ安全である、ガスタービンにおける低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置を提供することである。
【００３１】
本発明の更に別の目的は、機械の性能の最適化を心に留めながら信頼性があり、かつ安価に実行可能である、ガスタービンにおける低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
これら及び他の目的は、ガスタービンにおける、２つ又は３つのステータ翼を備えるセクタの形態で配列されそれ自体のリング上に取り付けられた低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置によって達成され、該装置は、前記低圧ノズルのプラットホームが、少なくとも１つの溝を有し、該溝内に移行ダクトが端縁によって配置され、また前記移行ダクトと低圧ノズルの前記リングとの間のセンタリングが、低圧ノズルの前記リング上の３つ又はそれ以上の個所で作用するセンタリング装置によって直接達成される。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態では、前記移行ダクトのセンタリング手段は、前記低圧ノズルと前記移行ダクトとの間に押し込まれた少なくとも３つのキーからなる。移行ダクトは、３つのスリットを有し、該スリットの各々は低圧ノズルの３つのセクタに属する３つのスリットのうちの１つに対応しており、全体が３つのキーを所定の位置に保持するような寸法を有する。
【００３４】
より具体的には、３つのキーは、移行ダクトに一様な支持を保証するように各１２０度づつの３つの千鳥配列個所に配置されることができる。
【００３５】
本発明の別の好ましい実施形態では、前記低圧ノズルセクタは、そのプラットホーム内に上記キーが直接含まれている。
【００３６】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、低圧ノズルのリングの溝は、移行ダクトを支持し該移行ダクトに正確な軸方向位置を与えることができる。
【００３７】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、移行ダクトは、該移行ダクトに取り付けられ又は含まれたキーを有し、低圧ノズルは、それぞれのキーに対するスリットを有するのみである。
【００３８】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、移行ダクトの端縁上の少なくとも３つの個所は、低圧ノズルの溝に対して所定の間隙を有する。
【００３９】
更に、所定の間隙は、移行ダクトが低圧ノズルに関して生じる熱膨張差に等しく、その結果、該間隙は、定常位置にあるとき、ガスタービンの移行ダクトが前記溝に対してセンタリングされ、同時に端縁がタービンの高温ガスに対するシールを形成するように、ゼロに等しくなる。
【００４０】
最後に、本発明はまた、ガスタービンの一部を形成し、２つ又は３つのステータ翼を備えるセクタを有する低圧ノズルを含み、該低圧ノズルのプラットホームが少なくとも１つの溝を有し、該溝内に移行ダクトが端縁によって配置され、また前記移行ダクトと低圧ノズルの前記リングとの間のセンタリングが、低圧ノズルの前記リング上の３つ又はそれ以上の個所で作用するセンタリング手段によって直接達成されることを特徴とする。
【００４１】
本発明の更なる特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【００４２】
本発明の更なる目的及び利点並びにその構造的及び機能的特徴は、例示としてなされ、本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではない、以下の説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
【００４３】
【発明の実施の形態】
後に述べる図を具体的に参照すると、本発明による、ガスタービンにおける低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置が、全体を符号１０により示されている。
【００４４】
具体的には、低圧ノズル１２のプラットホーム１１は溝１３を有し、該溝内に移行ダクト１４が端縁１５により配置される。
【００４５】
ノズル１２は、２つ又は３つのステータ翼を備えるセクタの形態で配列され、低圧ノズルのリング上に取り付けられる。
【００４６】
従って、これらノズルは、これらの構成部品の間にシール及び連結部を形成するように移行ダクト１４の端縁１５上に簡単に取り付けられることができる。
【００４７】
更に、低圧ノズル１２の溝１３は、移行ダクト１４を支持し、また移行ダクト１４にその正確な軸方向位置を与える。
【００４８】
特に重要な新機軸は、前記移行ダクト１４と低圧ノズル１２とをセンタリングするための装置である。
【００４９】
今まで見てきたように、従来技術のガスタービンでは、このセンタリングは、ガスタービンの外側ハウジングを用いることによって達成されていた。
【００５０】
本発明による改良点は、移行ダクト１４を低圧ノズル１２に直接センタリングすることからなる。
【００５１】
このことにより、センタリング装置を通しての外側ハウジングへの熱伝達を回避するという大きな利点が得られる。
【００５２】
外側ハウジングの材料は高温には適していないので、この新しい解決策は、外側ハウジング内に生じる懼れがある高い局部的温度による、酸化、変形、又はシール作用の喪失を回避する。
【００５３】
本発明の装置は、低圧ノズル１２と移行ダクト１４との間の少なくとも３つのキー１６を用いることによって組み立てられる。
【００５４】
各キー１６は、中央穴３２及び四角形部分３１を備える円筒形部分３０を有する。
【００５５】
移行ダクト１４は、３つのスリット１７を有しており、また３つの対応する低圧ノズルセクタは、プラットホーム１１内に別のスリット１８を有するか、又はキー１６を直接含んでいる。
【００５６】
結果として得られる装置は、移行ダクト１４がキー１６に沿って通っており、低圧ノズル１２のリング及びノズル１２の段と同軸になることしかできないので、常にセンタリングされており、従って上で説明した従来技術の問題を回避する。
【００５７】
より具体的には、３つのキー１６は、移行ダクト１４に一様な支持を保証するように各１２０度づつの３つの千鳥配列個所に配置される。
【００５８】
それに代えて、移行ダクト１４は、取り付けられ又は直接含まれたキー１６を有することができ、また低圧ノズル１２は、それぞれのキー１６に対してスリット１８を有していればよいのみである。
【００５９】
予想されている別の解決策は、低圧ノズル１２の溝１３との間で所定の間隙を有する少なくとも３つの個所を、移行ダクト１４の端縁１１上に配置することからなる。
【００６０】
この所定の間隙は、移行ダクト１４が低圧ノズル１２に対して生じる熱膨張差に等しく、その結果、該間隙は定常位置においてゼロに等しくなる。
【００６１】
この現象は、明らかに移行ダクト１４が溝１３とセンタリングされるのを可能にし、同時に端縁１１はタービンの高温ガスに対するシールを形成するようになる。
【００６２】
結局、上記の本発明による、ガスタービンにおける低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置の構成部品は、次のような重要な構造的及び機能的特徴を有する。
【００６３】
第１に、移行ダクト１４は、薄肉の壁の３６０度の部品であり、第２に、移行ダクト１４は、支柱又は連結アームを有しておらず、最後に、移行ダクト１４は、低圧ノズル１２に接合されたプラットホーム１１により支持される。
【００６４】
以上の説明から、本発明の目的である、低圧ノズルをガスタービンの一部を形成する移行ダクトに連結するための革新的装置の特徴は、その利点と共に明らかである。
【００６５】
上述の利点をより正しくかつ明瞭に特定するために以下の結びの考察及び所見をここで述べておきたい。
【００６６】
従って、上で述べた問題に対する新しい解決策は、新しいタービンに実施するために開発された。
【００６７】
移行ダクトの軸方向長さは縮小され、新規な移行ダクト及び新規な低圧ノズルへの連結装置が開発された。
【００６８】
本発明の目的である、ガスタービンにおける低圧ノズルを移行ダクトに連結するための革新的な装置に対して、例示した着想に含まれる革新的な原理から離れることなく、数多くの変形を導入し得ることは明らかである。
【００６９】
本発明はまた、ガスタービンの移行ダクトに対するその連結装置を有する、上述の関連する低圧ノズルを含むことは明らかである。
【００７０】
最後に、本発明の実施において、例示した細部の材料、形状及び寸法は、要求に応じて何れともすることができ、また技術的観点から等価である他のもので取り換え又は変更することができることは明らかである。
【００７１】
本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲により定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の移行ダクトを示す、二本シャフト式タービンの細部の断面図。
【図２】本発明による低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置を示す、二本シャフト式タービンの細部の断面図。
【図３】本発明による低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置の斜視図。
【図４】本発明による低圧ノズルを移行ダクトに連結するための装置の断面図。
【符号の説明】
１０　連結装置
１１　プラットホーム
１２　低圧ノズル
１３　溝
１４　移行ダクト
１５　端縁
１６　キー
１７　移行ダクトのスリット
１８　低圧ノズルのスリット

Claims (12)

1. ガスタービンにおける、２つ又は３つのステータ翼を備えるセクタの形態で配列されそれ自体のリング上に取り付けられた低圧ノズル（１２）を移行ダクト（１４）に連結するための装置（１０）であって、これらの低圧ノズル（１２）のプラットホーム（１１）が少なくとも１つの溝（１３）を有し、該溝内に前記移行ダクト（１４）が端縁（１５）によって配置され、また前記移行ダクト（１４）と前記低圧ノズル（１２）の前記リングとの間のセンタリングが、前記低圧ノズル（１２）の前記リング上の３つ又はそれ以上の個所で作用するセンタリング手段によって直接達成されることを特徴とする装置（１０）。
2. 前記移行ダクト（１４）の前記センタリング手段は、前記低圧ノズル（１２）と該移行ダクト（１４）との間に押し込まれた少なくとも３つのキー（１６）で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の連結装置（１０）。
3. 前記移行ダクト（１４）は３つのスリット（１７）を有し、該３つのスリット（１７）の各々は、前記３つのキー（１６）を所定の位置に保持するように前記低圧ノズル（１２）の３つのセクタの一部を形成する３つのスリット（１８）のうちの１つに対応していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の連結装置（１０）。
4. 前記３つのキー（１６）は、前記移行ダクト（１４）に一様な支持を保証するように各１２０度づつの３つの千鳥配列個所に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の連結装置（１０）。
5. 前記低圧ノズル（１２）のセクタは、そのプラットホーム（１１）内に前記キー（１６）が直接含まれていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の連結装置（１０）。
6. 前記低圧ノズル（１２）の前記リングの溝（１３）は、前記移行ダクト（１４）を支持し該移行ダクトに正確な軸方向位置を与えることができることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の連結装置（１０）。
7. 前記移行ダクト（１４）は、取り付けられ又は含まれた前記キー（１６）を有し、また前記低圧ノズル（１２）は、それぞれのキー（１６）に対するスリット（１８）を有するのみであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の連結装置（１０）。
8. 前記移行ダクト（１４）の前記端縁（１１）の少なくとも３つの個所は、前記低圧ノズル（１２）の前記溝（１３）との間に所定の間隙を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の連結装置（１０）。
9. 前記所定の間隙は、前記移行ダクト（１４）が前記低圧ノズル（１２）に対して生じる熱膨張差に等しく、その結果、前記間隙は、定常位置において、前記移行ダクト（１４）が前記溝（１３）に対してセンタリングされ、同時に前記端縁（１１）が前記タービンの高温ガスに対するシールを形成するように、ゼロに等しくなることを特徴とする、請求項７に記載の連結装置（１０）。
10. 前記移行ダクト（１４）は、薄肉の壁を備えた３６０度の部品であることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の連結装置（１０）。
11. 前記移行ダクト（１４）は、前記低圧ノズル（１２）の前記プラットホーム（１１）によって支持されていることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の連結装置（１０）。
12. ２つ又は３つのステータ翼を備えるセクタを有するガスタービンの一部を形成する低圧ノズル（１２）であって、プラットホームが少なくとも１つの溝（１３）を有し、該溝内に移行ダクト（１４）が端縁（１５）によって配置され、また前記移行ダクト（１４）と前記低圧ノズル（１２）のリングとの間のセンタリングが、前記低圧ノズル（１２）の前記リング上の３つ又はそれ以上の個所で作用するセンタリング手段によって直接達成されることを特徴とする低圧ノズル（１２）。

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