JP2005248956A - ターボ機械の高圧タービンのリングスペーサセクタを軸方向に保持するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの加熱を制限することと、スペーサセクタを軸方向に保持することとの両方に役立つ装置を提供する。
【解決手段】スペーサセクタ１６は、タービン２のケーシング１４の対応する上流側溝２２に係合するための外側上流側舌片２０と、リングセクタ１２の対応する上流側溝２６に係合するための内側上流側舌片２４とを備えた上流側径方向壁１８を含んでおり、装置は、ケーシング１４の内面に対してスペーサセクタ１６の上流側径方向壁１８の上流側に配置された熱遮蔽を構成する、一片の長手方向に延びる金属薄板４６を含んでおり、一片の長手方向に延びる金属薄板４６は、スペーサセクタを軸方向に保持するように、スペーサセクタ１６の上流側径方向壁１８を軸方向に保持し、かつケーシング１４に固定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ機械の高圧タービンのためのステータリング支持スペーサの一般的分野に関する。特に本発明は、前記スペーサセクタが、ステータで軸方向に係止されるように、スペーサセクタを保持して熱的保護を与えるための装置を提供する。

図３を参照すると、ターボ機械の高圧タービン１００は、特に、燃焼室（図示せず）から来る高温ガスのためのフローチャネル１０５内に配置された、複数のロータブレード１０２からなる。

高圧ディストリビュータを構成する複数のステータブレード１０４もまた、ガスチャネル１０５内でタービンのロータブレード１０２の上流側に配置される。

タービンのロータブレード１０２は、複数のリングセクタ１０６によって構成されたステータリングによって取り囲まれている。前記リングセクタ１０６は、複数のスペーサセクタ１１０によってタービンのケーシング１０８に固定される。

リングセクタ１０６は、タービンのロータブレード１０２の先端１０２ａにおいてクリアランス（隙間）Ｊを画定しており、このクリアランスは、タービンの効率を向上させるためにできるだけ小さくする必要がある。

この目的のために、クリアランスＪ調整装置１１２が、タービンのケーシング１０８の周りに取り付けられる。この調整装置１１２は、特に、環状リッジ１１６の温度を変化させるために、ケーシングの環状リッジ１１６に空気を放出する環状空気流ダクト１１４からなる。

クリアランスＪを調整することに関する要件に応じて、リッジ１１６の温度を変化させることは、ケーシング１０８を熱的に膨張または収縮させ、これが、ステータリングの直径を増加または減少させる。

高圧タービンのこのような構成は、ケーシング１０８加熱の点と、スペーサセクタ１１０を軸方向に保持するという点で欠点を呈する。

実際に、リッジ１１６の上流側に配置されたケーシング１０８の部分が、高圧ディストリビュータのステータブレード１０４からの熱放射によって熱くなることが本当に見出されている。

この熱放射（矢印１１８によって表されている）は、燃焼ガスの高い温度によって引き起こされ、高圧ディストリビュータのステータブレード１０４からケーシングへ熱勾配を伝搬させる。ケーシングの加熱は、タービンの寿命にとって特に有害である。

スペーサセクタ１１０を軸方向に保持することの問題も見出されている。特に、ケーシング１０８に接するスペーサセクタは、上流側で軸方向に保持されない。これは、前記スペーサセクタが、径方向に保持されないという危険を冒す結果を招く。

したがって本発明は、高圧タービンのスペーサセクタを軸方向に保持するための装置であって、ケーシングの加熱を制限することと、スペーサセクタを軸方向に保持することとの両方に役立つ装置を提供することによって、このような欠点を軽減することを目的としている。

この目的のために本発明は、ターボ機械の高圧タービンのリングスペーサセクタを軸方向に保持するための装置であって、前記スペーサセクタは、高圧タービンのケーシングの対応する上流側溝に係合するための外側上流側舌片と、リングセクタの対応する上流側溝に係合するための内側上流側舌片とを備えた上流側径方向壁と、高圧タービンのケーシングの対応する下流側溝に係合するための外側下流側舌片と、リングセクタに固定されるための内側下流側舌片とを備えた下流側径方向壁とを含んでおり、前記装置は、ケーシングの内面に対してスペーサセクタの上流側径方向壁の上流側に配置された熱遮蔽を構成する、一片の長手方向に延びる金属薄板を含み、この一片の長手方向に延びる金属薄板が、スペーサセクタを軸方向に保持するように、スペーサセクタの上流側径方向壁を軸方向に支持し、かつケーシングに固定されることを特徴とする装置を提供する。

このように、高圧ディストリビュータのステータブレードからの熱放射から保護する熱遮蔽を構成する、一片の長手方向に延びる金属薄板は、スペーサセクタを軸方向に保持する働きもする。

好都合にも、スペーサセクタを軸方向に保持するための装置は、ケーシングの内表面と長手方向に延びる金属薄板との間に配置された熱ライナを有することもできる。このライナは、熱放射に対するケーシングの保護を向上させる。

なおケーシングの加熱を制限する目的で、スペーサセクタを軸方向に保持するための装置は、一片の長手方向に延びる金属薄板の内表面に配置された反射性ライニングを持つこともできる。

本発明の他の特徴と利点は、非限定的な実施形態を示す添付図面を参照しながら与えられる下記の説明から明らかになる。

図１は、長手方向の軸Ｘ−Ｘのターボ機械の高圧タービンを示す長手方向断面図である。

高圧タービン２は、特に、ターボ機械の燃焼室（図示せず）から来る高温ガスのためのフローチャネル６内に配置された、複数のロータブレード４からなる。

ロータブレード４は、チャネル６内の高温ガスの流れ方向１０に対して、ステータブレード８の下流側に配置される。これらのステータブレード８は、こうして、高圧ディストリビュータを構成し、上部プラットフォーム９と下部プラットフォーム（図示せず）との間に取り付けられる。

高圧タービン２のロータブレード４は、タービンの軸Ｘ−Ｘの周りで円周に配置された、複数の環状リングセクタ１２によって取り囲まれており、それによって円形の連続する表面を構成している。

リングセクタ１２は、支持体を構成する複数の環状スペーサセクタ１６を用いて、同様に長手方向の軸Ｘ−Ｘの高圧タービンの環状ケーシング１４に取り付けられる。

各スペーサセクタ１６は、ケーシング１４の対応する上流側溝２２に軸方向に係合するための外側上流側舌片２０を備えた上流側径方向壁１８を有している。上流側径方向壁１８は、また、対応するリングセクタ１２の対応する上流側溝２６に軸方向に係合するための内側上流側舌片２４を備えている。

各スペーサセクタ１６は、また、ケーシング１４の対応する下流側溝３２に軸方向に係合するための外側下流側舌片３０と、対応するリングセクタ１２に固定するための内側下流側舌片３４とを備えた下流側径方向壁２８を持っている。

特に、下流側径方向壁２８の内側下流側舌片３４は、Ｃ字形クリップ３６を用いて対応するリングセクタ１２に固定される。こうしてクリップ３６は、内側下流側舌片３４を保持するための保持溝を構成する。

高圧タービン２の効率を向上させるために、調整装置３８が設けられており、この調整装置は、リングセクタ１２の内表面１２ａとロータブレード４の先端４ａとの間に残された径方向のクリアランスＪをできるだけ小さくすることを可能にしている。

調整装置３８は、高圧タービンのケーシング１４を取り囲み、かつ環状ダクト４２に連結された空気流マニホルド４０を含む。これらのダクト４２は、前記ケーシングの外表面から外に向かって径方向に延びる、ケーシング１４からの環状のリッジあるいは突起４４に空気を放出する。

本発明は、各スペーサセクタ１６を軸方向に保持するための装置を提供する。このような軸方向保持装置は、特に、一片の長手方向に延びる金属薄板４６からなり、この金属薄板４６は、ケーシング１４の内表面に対して、スペーサセクタ１６の上流側径方向壁１８の上流側に配置される。

スペーサセクタ１６を軸方向に保持するというその役割に加えて、前記金属薄板４６は、また熱遮蔽を構成する。実際に、チャネル６を流れる燃焼ガスの高い温度は、ステータブレード８とそれらの上部プラットフォーム９とを経由して、ケーシング１４に伝搬する傾向のある熱放射を放射する。こうして金属薄板４６は、タービンの寿命にとって特に有害なこのような熱放射に対する保護として役立つ。

スペーサセクタ１６を軸方向に保持するための装置の一片の長手方向に延びる金属薄板４６は、ステータブレード８の上部支持プラットフォーム９の軸方向長さ以上の距離に亘って軸方向に延びる金属部品である。しかしながら前記長さは、高圧ディストリビュータから来てケーシングに向かう熱放射に対する良好な保護を与えるために、要件に応じて、特に高圧ディストリビュータの長さに応じて適合されることができる。

更に、軸方向保持装置の一片の長手方向に延びる金属薄板４６は、スペーサセクタを軸方向に係止するように、スペーサセクタ１６の上流側径方向壁１８を軸方向に支持し、かつケーシング１４に固定される。

図に示すように、その下流端４６ａにおいて、一片の金属薄板４６は、スペーサセクタ１６の上流側径方向壁１８を軸方向に支持する。

一片の金属薄板４６をケーシング１４に固定することによって、スペーサセクタ１６の上流側径方向壁１８に対して前記一片の金属薄板の下流側端４６ａを保持すると同時に、ケーシングの内表面に対して前記金属薄板４６を保持することができる。これらを固定するために、ナットボルト型の一つ以上のシステム４８が使用できる。

こうしてスペーサセクタ１６に対して保持された一片の金属薄板４６は、適所に係止されており、軸方向に動くことはできない。特に、スペーサセクタ１６の舌片２０、２４、３０、３４は下流側を向いているので、これら舌片が係合する溝２２、２６、３２、３６は、スペーサセクタが軸方向下流側に動くことを防止している。更に上流側壁１８を軸方向に支持する一片の長手方向に延びる金属薄板４６は、スペーサセクタ１６が軸方向上流側に動くことも防止している。

このように、スペーサセクタ１６を軸方向に保持するための装置は、二つの機能を果たす。すなわち、第１に、この装置は、スペーサセクタ１６を軸方向に保持することに役立ち、第２に、高圧ディストリビュータからの放射に対して保護する熱遮蔽を構成する。

図２Ａに示す本発明の有利な特徴によれば、各スペーサセクタ１６を軸方向に保持するための装置は、ケーシング１４の内表面と一片の長手方向に延びる金属薄板４６との間に配置された熱ライナ５０を有することもできる。

こうして熱ライナ５０は、一片の長手方向に延びる金属薄板４６によって構成された熱遮蔽の有効性を向上させる。例えばこれは、繊維（例えば織られた）で、あるいは低い熱伝導率の断熱性の塊で作ることもできる。

図２Ｂに示す本発明の有利な特徴によれば、各スペーサセクタ１６の軸方向保持装置は、一片の長手方向に延びる金属薄板４６の内表面に配置された反射性のライニング５２を有することもできる。

高圧ディストリビュータから来る熱放射に直接面するように配置された反射性ライニング５２は、熱ライナと同様に、一片の長手方向に延びる金属薄板４６によって構成された熱遮蔽の有効性を向上させる。例えば前記ライニングは、低い熱伝導率および／または熱を反射する高い能力を有するセラミック材料で作ることもできる。

熱ライナ５０と反射性ライニング５２は、熱遮蔽４６の有効性を強化するために、互いに無関係に、あるいは互いに一緒に使用できることも認められている。

本発明の装置の配置を示す、ターボ機械の高圧タービンの断片的長手方向断面図である。 本発明の装置の可能な変形実施形態を示す図である。 本発明の装置の可能な変形実施形態を示す図である。 従来技術の高圧タービンの長手方向断面図である。

符号の説明

２、１００ 高圧タービン
４、１０２ ロータブレード
４ａ、１０２ａ ロータブレード先端
６ チャネル
８、１０４ ステータブレード
９ 上部プラットフォーム
１０ 流れ方向
１２ 環状リングセクタ
１２ａ 環状リングセクタ内面
１４ 環状ケーシング
１６、１１０ スペーサセクタ
１８ 上流側径方向壁
２０ 外側上流側舌片
２２、２６ 上流側溝
２４ 内側上流側舌片
２８ 下流側径方向壁
３０ 外側下流側舌片
３２、３６ 下流側溝
３４ 内側下流側舌片
３８、１１２ 調整装置
４０ 空気流マニホルド
４２ ダクト
４４ 環状リッジ（突起）
４６ 長手方向に延びる金属薄板
４８ ナットボルトシステム
５０ 熱ライナ
５２ 反射性ライニング
１０５ フローチャネル
１０６ リングセクタ
１０８ ケーシング
１１４ 環状空気流ダクト
１１６ リッジ
Ｊ クリアランス

Claims (4)

1. ターボ機械の高圧タービン（２）のリングスペーサセクタ（１６）を軸方向に保持するための装置であって、前記スペーサセクタ（１６）が、
   高圧タービン（２）のケーシング（１４）の対応する上流側溝（２２）に係合するための外側上流側舌片（２０）と、リングセクタ（１２）の対応する上流側溝（２６）に係合するための内側上流側舌片（２４）とを備えた上流側径方向壁（１８）と、
   高圧タービン（２）のケーシング（１４）の対応する下流側溝（３２）に係合するための外側下流側舌片（３０）と、リングセクタ（１２）に固定されるための内側下流側舌片（３４）とを備えた下流側径方向壁（２８）とを備え、
   装置が、ケーシング（１４）の内面に対してスペーサセクタ（１６）の上流側径方向壁（１８）の上流側に配置された熱遮蔽を構成する、一片の長手方向に延びる金属薄板（４６）を備え、
   一片の長手方向に延びる金属薄板（４６）が、スペーサセクタを軸方向に保持するように、スペーサセクタ（１６）の上流側径方向壁（１８）を軸方向に支持し、かつケーシング（１４）に固定されることを特徴とする、装置。
2. ケーシング（１４）の内表面と、一片の長手方向に延びる金属薄板（４６）との間に配置された熱ライナ（５０）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 一片の長手方向に延びる金属薄板（４６）の内表面に配置された反射性ライニング（５２）を更に含むことを特徴とする、請求項１および請求項２に記載の装置。
4. 一片の長手方向に延びる金属薄板（４６）が、少なくとも一つのナットボルトシステム（４８）によってケーシング（１４）に固定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。

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