JP2975085B2 - 軸流ガスタービンの静止支持構造 - Google Patents

軸流ガスタービンの静止支持構造

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JP2975085B2 JP2286905A JP28690590A JP2975085B2 JP 2975085 B2 JP2975085 B2 JP 2975085B2 JP 2286905 A JP2286905 A JP 2286905A JP 28690590 A JP28690590 A JP 28690590A JP 2975085 B2 JP2975085 B2 JP 2975085B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガスタービン・エンジン、特に、タービンの
回転ブレードを取り囲む静止シュラウド（static shrau
ds）支持構造に関する。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ タービンの回転ブレードと、そのブレードを取り囲ん
でガス流がブレードを迂回するのを制限するシュラウド
との間には、必然的にクリアランスが存在する。このク
リアランスが大きすぎるとブレードを迂回する漏れが生
じるので、タービンの動作効率を良くするためには、こ
のクリアランスを最小限にすることが重要である。しか
し、このクリアランスが小さすぎるとブレードの摩擦及
び損傷が生ずるという問題がある。
シュラウドは、ブレードに極めて接近して保持されな
ければならないのみならず、周囲のクリアランスが変化
するのを防止するためにブレードと同中心に保持されな
ければならない。
様々な部材の熱膨張や歪みが生ずると、常に適当なク
リアランスを維持するのが困難になる。シュラウドを支
持するために熱膨張係数の小さい合金を使用すれば、ブ
レード先端のクリアランスの調節を改善することが出来
る。しかし、この支持構造は、膨張係数の大きい物質か
ら成るケーシングから順番に支持されなければならな
い。従来では、ケーシング内のこの支持構造に焼ばめ
（shrink fit）を使用していた。しかし、これは、ケー
シング上に配置され、その位置は、ケーシング内の圧力
によってケーシングが外側に歪められて焼ばめが緩み易
い所であって、より隙間のない一様な焼ばめを必要とす
る所であった。また、選択できる焼ばめは、膨張係数の
大きいケーシングと膨張係数の小さい支持構造との間の
膨張差（伸び差）、及びこの歪みに耐えるのに十分なも
のでなければならなかった。このため、ケーシングを加
熱して焼ばめを行う必要がある装置を組み立てること
は、極めて困難なものとなっていた。また、円筒形の締
りばめ部材を回収するのが困難なため、分解は一層困難
なものとなっていた。
［課題を達成するための手段］ 本発明によれば、当接する２つの円筒形タービン・ケ
ーシング部に、それぞれ互いに当接するフランジが設け
られ、下流側セクションのフランジは上流側セクション
のフランジの内側に延在している。上流セクションに
は、その下流側端部に円錐面が形成されている。ケーシ
ングの膨張係数と比べて膨張係数が比較的小さい支持リ
ングは、軸線方向に延在する円筒形のものであり、下流
側端部に円錐形の外面を有するとともに、下流側端部に
おいて下流側に対向するリング当接面を有する。これら
のフランジがボルトに当接すると、下流側セクションの
フランジの内側に延在する部分が、支持リングのリング
当接面に当接し、支持リングの円錐面が上流側セクショ
ンのケーシングの円錐面の方へ押し込まれる。これらの
大きさは、締りばめに適した大きさである。
支持リングは、その上流側端部の所で、回転ブレード
に隣接して配置された多数の先端シュラウドを支持して
いる。この上流側の位置で外側に延在するフランジによ
って、支持リングの上流側の部分が固定される。支持リ
ングは、下流側の円錐面から上流側の部分の方へ延在す
る円錐形のテーパ状脚部を有し、先端シュラウドの支持
の妨げになることなく歪みが許容される。支持リングの
上流側の部分と脚部との間で半径方向に延在する段部に
よって、先端シュラウドの支持がさらに強固になると同
時に、下流側円錐面の変形が許容される。
円錐面の傾斜角は約30゜であり、これはフランジをボ
ルトで締め合わせたときに必要な変形を許容するのに十
分な角度であるが、組み合わせて動かないようにするこ
とはなく、装置の分解を容易に行うことができる角度で
ある。
また、本発明による軸流ガスタービンの静止支持構造
は、膨張係数が比較的大きい物質から成る略円筒形の上
流側ケーシング・セクションと、略円筒形のタービン下
流側ケーシング・セクションと、上流側ケーシング・セ
クションから外側に延在する第１のフランジと、下流側
ケーシング・セクションから外側に延在し、第１のフラ
ンジと当接可能であるとともに、第１のフランジの内側
に延在するフランジ当接面を有する第２のフランジと、
上流側ケーシング・セクション上の第１のフランジの位
置に形成された円錐形の内面と、第１のフランジと第２
のフランジとを接合させる多数のボルトと、膨張係数が
比較的小さい物質から成り、軸線方向に延在する略円筒
形の第１段支持リングであって、下流側端部付近に円錐
形の外面を有するとともに、下流側端部にリング当接面
を有し、上流側支持位置において多数の先端シュラウド
を支持する第１段支持リングとから構成され、円錐形の
内面及び外面が、係合テーパ部を有し、支持リングが上
流側ケーシング・セクションのわずかに下流側に変位し
たときに互いに当接し、第１のフランジと第２のフラン
ジが当接してフランジ当接面がリング当接面に当接した
ときに締りばめ押圧接触状態にあることを特徴とする。
円錐形の内面及び外面の斜面の角度は、好ましくは、
タービンの軸線に対して25乃至35度の角度である。締り
ばめは、0.2乃至0.4パーセントであることが好ましい。
支持リングが、上流側の位置に外側に延在するフランジ
を有し、このフランジが先端シュラウドの部分と同一の
広がりを有するように構成することが出来る。また、支
持リングが、フランジと円錐形の外面との間に、斜面の
角度がタービンの軸線に対して５乃至25度の角度である
円錐形の脚部を有するように構成することも出来る。ま
た、支持リングが上流側の位置と円錐形の外面との間に
略半径方向の段部を有し、この段部の円錐形の外面との
間に円錐形の脚部を有するように構成することも出来
る。円錐形の外面の角度は、タービンの軸線に対して25
乃至35度の角度であり、円錐形の脚部の斜面の角度は、
タービンの軸線に対して５乃至25度の角度であるが好ま
しい。また、支持リングに、外側に延在する多数の回転
防止用突出部を形成し、ケーシングに、内側に延在して
外側に延在する回転防止用突出部と周方向に当接可能な
多数の回転防止用突出部を形成することも出来る。
［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。
第１図は、ブレード・シュラウド・リングが、第１段
支持リング５内に支持された多数のシュラウド・セグメ
ント４から成る、従来のシュラウド支持装構造を示す。
この支持リング５は、膨張係数の小さい物質から成り、
焼ばめによって、円筒形の係合面７の所でケーシング６
内に支持されている。
動作中、ケーシング６は、室８内の圧力によって外側
に歪められ易い。支持リング５と、膨張係数が比較的大
きいケーシング６との間の膨張差（伸び差）によって、
焼ばめが緩み易く、ケーシング６が外側に歪められ易
い。このような焼ばめを行うことは極めて困難であり、
通常、組み立てに際してケーシングを加熱しなければな
らなかった。また、分解はさらに困難であり、そのため
には、大きくて高価な装備が必要であった。
第２図は、本発明によるシュラウド支持構造を示す。
参照符号10は、ガスタービン内を上流側から下流側へ流
れるガス流を示している。円筒形のケーシング12の下流
側端部には、外側に延在するフランジ14が設けられてい
る。このフランジ14が配置する所の上流側セクションに
は、円錐形の外面16が形成されている。下流側ケーシン
グ18には、外側に延在するフランジ20が設けられ、フラ
ンジ20は、フランジ14の内側に延在する面22を有する。
第１段の支持リング24には、多数の先端シュラウド・
セグメント26が支持されている。この支持リング24は、
ケーシング、及びタービンの回転部分の内側構造を含む
ディスク28と比べて、比較的小さい膨張係数の物質から
成る。動作中においてタービンブレード30が極めて高温
になっても、ディスク28は比較的低温に維持される。従
って、タービンブレード30の先端の全体的な膨張は、多
少制限される。支持リング24を膨張係数の大きい物質で
形成した場合には、クリアランス31はかなり増加するで
あろう。
支持リング24の下流側端部には、円錐形の外面16と同
じ斜面角を有する円錐形を外面32が形成されている。支
持リング24の下流側周縁部には、ボルト36を十分に締め
たときにフランジ20の面22に当接するリング当接面34が
形成されている。これによって、支持リング24のテーパ
部が、ケーシング12との締りばめに押し込まれる。フラ
ンジ14はこの点でケーシングを固定し、支持リング24内
において実質的にすべての変形を取り除くことが出来
る。
これらの２つの円錐面34及び32の斜面角は、タービン
に対して30゜の角度が好ましいが、25乃至35゜の範囲で
あればよい。これによって、分解時に問題を生ずるよう
なテーパ部の固着を避けることが出来る。この範囲の角
度にすれば、ボルトを外して、支持リング24をスライド
させながら容易にケーシングから取り外すことが出来
る。傾斜角が大きすぎると、接合に必要なボルトに加わ
る力が大きくなる。
支持リング24には、円錐形の外面32に隣接して、ター
ビンの軸線に対する斜面の角度が５乃至25゜のテーパ状
の脚部38が形成されている。これによって、半径方向に
十分な力が加えられて、支持リング24の下側部分の歪み
を妨げるとともに、水平方向に十分な長さを与えて、支
持リング24のシュラウド支持部の位置の前で歪みを吸収
することが出来る。
支持リング24の段部40によって、先端のシュラウドを
支持する重要な部分を固定して、締りばめの変形によっ
て生ずるシュラウド支持部の変形を最小限にすることが
出来る。支持リング24の外側に延在し、シュラウド・セ
グメントの一部と同一の広がりを有するフランジ42によ
って、支持部において支持リング24をさらに固定するこ
とが出来る。また、ピン44によって、支持リング24に対
する先端シュラウド・セグメント26の回転を防止するこ
とが出来る。また、ケーシング12には、内側に延在する
多数の突出部46が形成され、これらの突出部46が、支持
リング24に形成された外側に延在する突出部48と相互に
作用して、ケーシング12に対する支持リング24の回転を
防止するようになっている。
ベーン・プラットフォーム47には、多数のベーン49が
支持されている。このベーン・プラットフォーム46は、
脚部48によって同中心に配置され、支持リング24のスロ
ット52内に延在する。下流側ケーシング部に配置された
接合リング（abutment ring）54が、ベーン・プラット
フォーム47の下流側対向面56に当接し、軸線方向の位置
を維持するようになっている。支持リング24とベーン・
プラットフォーム47との間の位置58には、所定のクリア
ランスが保持され、支持リング24の下側部分が締りばめ
位置に押圧される。
第３図は、押圧されていない場合及び締りばめ位置に
おける支持リング24の下流部60の拡大図である。二点鎖
線62は、ボルトを締める前の最初の接触時における下流
部60の位置を示している。支持リング24の円錐形の外面
32は、ケーシング12の円錐形の内面16に当接するように
なっている。
ナット64を締めることによってボルト36が締め付けら
れ、下流側に対向するリング当接面34に対して作用する
フランジの当接面22によって、支持リング24が締りばめ
に押し込まれる。締めしろは、好ましくは0.2乃至0.4パ
ーセントであり、図示した本実施例では、0.3パーセン
トであり、直径26.15インチに対して0.089インチであ
る。面22と34との間に所望の力が加えられて当接する
と、支持リング24は、これらの面に対して垂直に維持さ
れ、従って、正確にガスタービンの軸線と共軸かつ同中
心に維持される。
締りばめの位置のフランジの所で固定されたケーシン
グは、内部の圧力やこの位置における締りばめによっ
て、殆ど歪むことがない。従って、このような歪みを考
慮して締りばめを大きくする必要がない。
支持リング24の実際にシュラウド・セグメントを支持
する部分は、固定されて、支持リング24が本来締め付け
られるべき締りばめ位置から取り外される。この締りば
めは、他の締りばめに必要な大きくて高価な工具を使用
することなく、組立て及び分解をすることが出来る。こ
のような配置は、半径方向の締りばめを使用して固定構
造を維持するのみならず、軸線方向に対向する当接面を
使用して支持リング24を同中心に維持し、タービンロー
タに対して先端シュラウド・セグメントを同中心に維持
することが出来る。
［発明の効果］ 上述したように、本発明によれば、他の締りばめに必
要な大きくて高価な工具を使用することなく、支持リン
グの取り付け及び分解をすることができ、また、半径方
向の締りばめを使用して固定構造を維持するのみなら
ず、軸線方向に対向する当接面を使用して支持リングを
同中心に維持し、タービンロータに対して先端シュラウ
ド・セグメントを同中心に維持することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のシュラウド支持構造を示す断面図、第２
図は本発明によるシュラウド支持構造を示すガスタービ
ンの一部の断面図、第３図は変形位置及び非変形位置に
おける円錐形面の部分を示す拡大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャック ダブリュー．ウィルソン，ジ ュニア アメリカ合衆国，フロリダ，ウエスト パーム ビーチ，ファーン コート 5969 (56)参考文献 特開 昭61−185602（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−135305（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−110203（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−79601（ＪＰ，Ｕ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】膨張係数が比較的大きい物質から成る略円
    筒形の上流側ケーシング・セクションと、 略円筒形のタービン下流側ケーシング・セクションと、 前記上流側ケーシング・セクションから外側に延在する
    第１のフランジと、 前記下流側ケーシング・セクションから外側に延在し、
    前記第１のフランジと当接可能であるとともに、前記第
    １のフランジの内側に延在するフランジ当接面を有する
    第２のフランジと、 前記上流側ケーシング・セクション上の前記第１のフラ
    ンジの位置に形成された円錐形の内面と、 前記第１のフランジと第２のフランジとを接合させる多
    数のボルトと、 膨張係数が比較的小さい物質から成り、軸線方向に延在
    する略円筒形の第１段支持リングであって、下流側端部
    付近に円錐形の外面を有するとともに、下流側端部にリ
    ング当接面を有し、上流側支持位置において多数の先端
    シュラウドを支持する第１段支持リングとから成り、 前記円錐形の内面及び外面が、係合テーパ部を有し、前
    記支持リングが前記上流側ケーシング・セクションのわ
    ずかに下流側に変位したときに互いに当接し、前記第１
    のフランジと第２のフランジが当接して前記フランジ当
    接面が前記リング当接面に当接したときに締りばめ押圧
    接触状態にあることを特徴とする、軸流ガスタービンの
    静止支持構造。
  2. 【請求項２】前記円錐形の内面及び外面の斜面の角度
    が、前記タービンの軸線に対して25乃至35度の角度であ
    ることを特徴とする、請求項１項に記載の静止支持構
    造。
  3. 【請求項３】前記締りばめが0.2乃至0.4パーセントであ
    ることを特徴とする、請求項１項に記載の静止支持構
    造。
  4. 【請求項４】前記支持リングが、上流側の位置に外側に
    延在するフランジを有し、このフランジが前記先端シュ
    ラウドの部分と同一の広がりを有することを特徴とす
    る、請求項１項に記載の静止支持構造。
  5. 【請求項５】前記支持リングが、前記フランジと前記円
    錐形の外面との間に、斜面の角度が前記タービンの軸線
    に対して５乃至25度の角度である円錐形の脚部を有する
    ことを特徴とする、請求項４項に記載の静止支持構造。
  6. 【請求項６】前記支持リングが前記上流側の位置と前記
    円錐形の外面との間に略半径方向の段部を有し、この段
    部と前記円錐形の外面との間に円錐形の脚部を有するこ
    とを特徴とする、請求項１項に記載の静止支持構造。
  7. 【請求項７】前記円錐形の外面の角度が前記タービンの
    軸線に対して25乃至35度の角度であり、前記円錐形の脚
    部の斜面の角度が前記タービンの軸線に対して５乃至25
    度の角度であることを特徴とする、請求項６項に記載の
    静止支持構造。
  8. 【請求項８】前記支持リングに、外側に延在する多数の
    回転防止用突出部が形成され、前記ケーシングに、内側
    に延在して前記外側に延在する回転防止用突出部と周方
    向に当接可能な多数の回転防止用突出部が形成されてい
    ることを特徴とする、請求項１項に記載の静止支持構
    造。
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