JP5254124B2 - ガスタービンエンジンのシュラウド支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、タービンディスクに放射状に取り付けられた複数のタービンブレードの先端を取り囲む環状のシュラウドをタービンケースの開口端の内周面に嵌合し、前記タービンケースの開口端の外周面に嵌合する保持リングに設けた係止部で前記シュラウドの軸方向の脱落を阻止するガスタービンエンジンのシュラウド支持構造に関する。

かかるガスタービンエンジンのシュラウド支持構造は、下記特許文献１により公知である。この発明は、円周方向に８分割したシュラウドをタービンケースの内周面に嵌合した状態で、タービンケースの外周に嵌合した保持リングを８本のリベットでタービンケースに結合することで、保持リングの係止部をシュラウドの前端に係合させて該シュラウドのタービンケースからの脱落を阻止するようになっている。

特開２００１−３０３９０７号公報

ところで、上記従来のものは、保持リングがタービンケースにリベットで結合されているため、ガスタービンエンジンの組立時や整備時に保持リングを着脱しようとすると、リベットを打ったり切断したりする作業が必要となり、その作業に多くの時間および労力を必要とする問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ガスタービンエンジンのシュラウドをタービンケースに保持する保持リングの着脱性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、タービンディスクに放射状に取り付けられた複数のタービンブレードの先端を取り囲む環状のシュラウドをタービンケースの開口端の内周面に嵌合し、前記タービンケースの開口端の外周面に嵌合する保持リングに設けた係止部で前記シュラウドの軸方向の脱落を阻止するガスタービンエンジンのシュラウド支持構造において、前記タービンケースの外周面に周方向に形成した環状溝と、前記保持リングの内周面に周方向に形成した環状溝とを相互に対向させると共に、前記タービンケースの外周面を径方向内側に窪ませて前記両環状溝の一端が各々開口する第１の凹部を形成し、ループ状に形成した把手部と該把手部の先端に連なる係止部とを一端に有する結合用ワイヤを、該ワイヤの他端側より前記第１の凹部を通して前記両環状溝内に、その両環状溝に跨がるように挿通することで、前記タービンケースに前記保持リングを結合すると共に、前記把手部および前記係止部を前記第１の凹部内に収納し、前記第１の凹部に臨む位置で前記保持リングの軸方向端縁には、前記ワイヤの前記両環状溝からの抜け出しを阻止するよう前記係止部を係合させる第２の凹部を形成したことを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記タービンケースと前記保持リングとが、前記タービンケースに対して前記保持リングを回転不能に拘束する回り止めピンを介して相互に係合することを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造が提案される。

尚、実施の形態の凹部１６ｄは本発明の第１の凹部に対応し、実施の形態の凹部１７ｄは本発明の第２の凹部に対応する。

請求項１の構成によれば、タービンブレードの先端を取り囲む環状のシュラウドをタービンケースの開口端の内周面に嵌合し、タービンケースの開口端の外周面に嵌合する保持リングに設けた係止部でシュラウドの軸方向の脱落を阻止するために、タービンケースの外周面に周方向に形成した環状溝と、保持リングの内周面に周方向に形成した環状溝とを相互に対向させ、ループ状に形成した把手部と該把手部の先端に連なる係止部とを一端に有する結合用ワイヤを、該ワイヤの他端側より第１の凹部を通して両環状溝内に、両環状溝に跨がるように挿通して、タービンケースに保持リングを結合するようにしたので、二つの環状溝への結合用ワイヤの抜き差しだけでタービンケースに対する保持リングの着脱を容易に行うことが可能になり、シュラウドやタービンブレードの着脱性が向上する。

ガスタービンエンジンのタービンブレードの近傍を示す部分縦断面図。 図１の２−２線断面図。 図２の３方向矢視図。 図３の４−４線断面図。 図３の５−５線断面図。 図３の６−６線断面図。 結合用ワイヤの斜視図。

以下、図１〜図７に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、軸流型のガスタービンエンジンは図示せぬタービンシャフトに固定されたタービンディスク１１を備えており、その外周に複数のタービンブレード１２が取付部１２ａを介して放射方向に支持される。タービンブレード１２の上流側（図中左側）には図示せぬ燃焼器からの燃焼ガスが流れるノズル１３が配置される。ノズル１３は外周壁１３ａおよび内周壁１３ｂを備えて円環状に形成されており、その下流端がタービンブレード１２の本体部１２ｂの前面に臨んでいる。ノズル１３の外周壁１３ａおよび内周壁１３ｂは、放射状に配置された複数のステータベーン１３ｃで接続される。タービンブレード１２の下流側（図中右側）に配置される排気通路１４は外周壁１４ａおよび内周壁１４ｂを備えて円環状に形成されており、その上流端がタービンブレード１２の本体部１２ｂの後面に臨んでいる。

タービンブレード１２の先端（半径方向外端）に僅かなギャップｇを介して臨むシュラウド１５が、ノズル１３の外周壁１３ａと排気通路１４の外周壁１４ａとに挟まれた間隙を塞ぐように配置される。排気通路１４の外周を覆って前方（図中左側）に延びる筒状のタービンケース１６がシュラウド１５の外周を囲んでおり、タービンケース１６開口端とシュラウド１５の前端が、一体に形成された環状の保持リング１７によって覆われる。ノズル１３の外周壁１３ａの外周面に突設した環状溝１３ｄに、保持リング１７の前部内周面との間隙をシールするシール部材１９が支持され、また排気通路１４の外周壁１４ａの外周面に突設した環状溝１４ｃに、タービンケース１６の内周面との間隙をシールするシール部材２０が支持される。

次に、図２〜図７を併せて参照しながら、シュラウド１５の構造と、そのシュラウド１５を保持リング１７でタービンケース１６に支持する構造とを説明する。

図１および図２から明らかなように、ガスタービンエンジンの軸線を中心して環状に配置されたシュラウド１５は、４５°の中心角を有する同一構造の８個のセグメント２１を円周方向に結合して構成される。尚、隣接するセグメント２１どうしは単純に突き合わされていて特別の結合構造を備えておらず、シュラウド１５はタービンケース１６と保持リング１７との係合により環状に保持される。

シュラウド１５のセグメント２１は円弧状に湾曲したシュラウド本体２２と、シュラウド本体２２の前端から半径方向外側に立ち上がる第１フランジ２３と、シュラウド本体２２の後端から半径方向外側に立ち上がる第２フランジ２４とを備えており、第１フランジ２３の半径方向幅は第２フランジ２４の半径方向幅よりも大きく形成されている。セグメント２１の燃焼ガスに晒される部分、つまりシュラウド本体２２の半径方向内面と、第１フランジ２３の前面の一部とが、耐熱性を有するライナー２５で覆われる。

各セグメント２１の第１フランジ２３の半径方向外端には、その全長に亘って後方に突出する第１係合部２３ａが形成される。またセグメント２１の第２フランジ２４の半径方向外端には、その全長に亘って後方に突出する第２係合部２４ａが形成される。

タービンケース１６の内周面に、前方に向かって開口する環状の第１被係合部１６ａと、第１被係合部１６ａよりも半径方向内側かつ後側に形成されて前方に向かって開口する環状の第２被係合部１６ｂとが形成される。タービンケース１６の第１被係合部１６ａおよび第２被係合部１６ｂには、シュラウド１５の各セグメント２１の第１係合部２３ａおよび第２係合部２４ａがそれぞれ前方から係合する。

タービンケース１６の前端外周面に前方から嵌合する保持リング１７は、その後端内周面に長方形断面の環状溝１７ａが周方向に形成されており、この環状溝１７ａに対向する長方形断面環状溝１６ｃがタービンケース１６の前端外周面に周方向に形成される。そして協働して正方形断面を構成する両環状溝１７ａ，１６ｃに、可撓性を有する円形断面の結合用ワイヤ２６が係合することで、保持リング１７はタービンケース１６から前方に脱落しないように固定される。保持リング１７がタービンケース１６に結合された状態で、保持リング１７の内周面の径方向内向きに突設した係合部１７ｅがシュラウド１５の第１フランジ２３の前面に係合することで、シュラウド１５がタービンケース１６から前方に脱落しないように保持される。

図３および図５から明らかなように、保持リング１７の後縁に形成された周方向に延びる切欠き１７ｂに対向するタービンケース１６の一部に、径方向内側に窪む凹部１６ｄが形成される。保持リング１７の切欠き１７ｂの一端には、タービンケース１６の環状溝１６ｃおよび保持リング１７の環状溝１７ａが開口する。

図３および図６から明らかなように、保持リング１７の切欠き１７ｂの他端近傍に形成されたピン孔１７ｃと、タービンケース１６に形成されたピン孔１６ｅとに回り止めピン２７が係合することで、タービンケース１６に対して保持リング１７が回転不能に拘束される。

図３および図７から明らかなように、結合用ワイヤ２６は弾性を有するワイヤを略３６０°に亙って環状を成すように湾曲させたもので、その一端に小ループ状の把手部２６ａと、把手部２６ａに連なるように屈曲した係止部２６ｂとを備える。そして保持リング１７の前記切欠き１７ｂに隣接する軸方向端縁には、結合用ワイヤ２６の両環状溝１６ｃ，１７ａからの抜け出しを阻止すべく、該結合用ワイヤ２６の係止部２６ｂが係合可能な凹部１７ｄが前記凹部１６ｄに臨む位置で形成される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

タービンケース１６に対してシュラウド１５および保持リング１７を組み付けるには、８個に分割されたシュラウド１５のセグメント２１を図１の前方から後方（図中左側から右側）に移動させ、各セグメント２１の第１フランジ２３に形成した第１係合部２３ａをタービンケース１６の第１被係合部１６ａに係合させるとともに、各セグメント２１の第２フランジ２４に形成した第２係合部２４ａをタービンケース１６の第２被係合部１６ｂに係合させることで、８個のセグメント２１を一体に連結して環状のシュラウド１５を構成する。

次に、タービンケース１６の開口端に保持リング１７を嵌合させた状態で、保持リング１７のピン孔１７ｃおよびタービンケース１６のピン孔１６ｅが一致するように保持リング１７を回転方向に位置決めし、両ピン孔１７ｃ，１６ｅに回り止めピン２７を挿入する。続いて、環状の結合用ワイヤ２６を引き延ばすように弾性変形させながら、その把手部２６ａと反対側の他端側の先端を、保持リング１７の切欠き１７ｂからタービンケース１６の凹部１６ｄに開口する両環状溝１６ｃ，１７ａ内に挿入する。その結果、結合用ワイヤ２６は両環状溝１６ｃ，１７ａに略３６０°に亙って嵌合し、最終的に把手部２６ａに連設した係止部２６ｂが保持リング１７の凹部１７ｄに係合することで、把手部２６ａがタービンケース１６の凹部１６ｄ内に収納される（図３参照）。

この状態では、図４に示すように、結合用ワイヤ２６が保持リング１７の環状溝１７ａおよびタービンケース１６の環状溝１６ｃの両方に跨がるように係合するため、保持リング１７はタービンケース１６に結合され、かつ保持リング１７の係合部１７ｅによってシュラウド１５がタービンケース１６の内部から前方に脱落するのが阻止される。

タービンケース１６から保持リング１７を分離するには、タービンケース１６の凹部１６ｄ内のある結合用ワイヤ２６の把手部２６ａを摘んで引っ張り、結合用ワイヤ２６全体を保持リング１７の環状溝１７ａおよびタービンケース１６の環状溝１６ｃから引き抜くだけで良い。そして保持リング１７をタービンケース１６から分離した状態では、タービンケース１６の開口端からシュラウド１５を自由に着脱できるため、シュラウド１５の組付性や整備性が向上する。またシュラウド１５は保持リング１７で抜け止めを施すだけでタービンケース１６に固定できるため、特別の固定部材が不要になって部品点数およびコストが削減される。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではシュラウド１５を８個のセグメント２１に分割しているが、その分割数は任意である。

また実施の形態ではシュラウド１５の８個のセグメント２１をタービンケース１６に組み付ける際に、セグメント２１の第１、第２係合部２３ａ，２４ａをタービンケース１６の第１、第２被係合部１６ａ，１６ｂに係合させているが、その他の任意の組付構造を採用することができる。

１１ タービンディスク
１２ タービンブレード
１５ シュラウド
１６ タービンケース
１６ｃ 環状溝
１６ｄ 第１の凹部
１７ 保持リング
１７ａ 環状溝
１７ｄ 第２の凹部
１７ｅ 係合部
２６ 結合用ワイヤ
２６ａ 把手部
２６ｂ 係止部
２７ 回り止めピン

Claims (2)

1. タービンディスク（１１）に放射状に取り付けられた複数のタービンブレード（１２）の先端を取り囲む環状のシュラウド（１５）をタービンケース（１６）の開口端の内周面に嵌合し、前記タービンケース（１６）の開口端の外周面に嵌合する保持リング（１７）に設けた係合部（１７ｅ）で前記シュラウド（１５）の軸方向の脱落を阻止するガスタービンエンジンのシュラウド支持構造において、
   前記タービンケース（１６）の外周面に周方向に形成した環状溝（１６ｃ）と、前記保持リング（１７）の内周面に周方向に形成した環状溝（１７ａ）とを相互に対向させると共に、前記タービンケース（１６）の外周面を径方向内側に窪ませて前記両環状溝（１６ｃ，１７ａ）の一端が各々開口する第１の凹部（１６ｄ）を形成し、
   ループ状に形成した把手部（２６ａ）と該把手部（２６ａ）の先端に連なる係止部（２６ｂ）とを一端に有する結合用ワイヤ（２６）を、該ワイヤ（２６）の他端側より前記第１の凹部（１６ｄ）を通して前記両環状溝（１６ｃ，１７ａ）内に、その両環状溝（１６ｃ，１７ａ）に跨がるように挿通することで、前記タービンケース（１６）に前記保持リング（１７）を結合すると共に、前記把手部（２６ａ）および前記係止部（２６ｂ）を前記第１の凹部（１６ｄ）内に収納し、
   前記第１の凹部（１６ｄ）に臨む位置で前記保持リング（１７）の軸方向端縁には、前記ワイヤ（２６）の前記両環状溝（１６ｃ，１７ａ）からの抜け出しを阻止するよう前記係止部（２６ｂ）を係合させる第２の凹部（１７ｄ）を形成したことを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造。
2. 前記タービンケース（１６）と前記保持リング（１７）とが、前記タービンケース（１６）に対して前記保持リング（１７）を回転不能に拘束する回り止めピン（２７）を介して相互に係合することを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンのシュラウド支持構造。

Images