JP5595241B2 - Gas turbine, split segment, and split segment forming method - Google Patents

Gas turbine, split segment, and split segment forming method Download PDF

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本発明は、航空機のエンジン等に用いられるガスタービン、およびそれに用いる分割セグメント、分割セグメントの形成方法に関する。   The present invention relates to a gas turbine used for an aircraft engine or the like, a divided segment used therefor, and a method for forming a divided segment.

ガスタービンは、空気を圧縮機で圧縮して高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器においてこの圧縮空気に燃料を供給して燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスを生成する。そして、この高温・高圧の燃焼ガスをタービンに送り込み、これがタービン内で膨張することで主軸を回転させ、駆動力を得る原動機である。
ガスタービンの内部は、起動時においては、1300℃といった非常に高温となっており、車室ケーシングの外部の常温との間で、大きな温度差が生じている。
これにともない、車室ケーシングや、ガスタービンを構成する各種の部品には熱応力による変形が生じることがあり、これに対する様々な対策が提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
In a gas turbine, air is compressed by a compressor into high-temperature and high-pressure compressed air, and fuel is supplied to the compressed air and burned in a combustor to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. This high-temperature and high-pressure combustion gas is sent to the turbine, which expands in the turbine to rotate the main shaft and obtain a driving force.
The inside of the gas turbine is very high at 1300 ° C. at the time of start-up, and a large temperature difference is generated with the room temperature outside the casing.
In connection with this, deformation | transformation by a thermal stress may arise in various components which comprise a vehicle casing and a gas turbine, and various countermeasures with respect to this have been proposed (for example, refer patent documents 1 and 2). .

ところで、図6に示すように、ガスタービン1においては、タービン2の動翼3と、車室ケーシング側に固定的に設けられたタービンケース4との間において、シール性を確保するために、タービンケース4の内壁部に環状のチップシュラウド5が設けられているものがある。このチップシュラウド5の内周面5aが、動翼3の先端3aと、微小なクリアランスCを隔てて対向することで、動翼3とチップシュラウド5の間から燃焼ガスが漏れるのを防ぐのである。   Incidentally, as shown in FIG. 6, in the gas turbine 1, in order to ensure sealing performance between the rotor blade 3 of the turbine 2 and the turbine case 4 fixedly provided on the casing side, Some turbine casings 4 are provided with an annular tip shroud 5 on the inner wall portion thereof. The inner peripheral surface 5a of the tip shroud 5 is opposed to the tip 3a of the rotor blade 3 with a minute clearance C therebetween, thereby preventing combustion gas from leaking between the rotor blade 3 and the tip shroud 5. .

チップシュラウド5は、組み立て上の理由から、チップシュラウド5を周方向に複数に分割してなるリングセグメント6から構成されている。
図7に示すように、リングセグメント6は全体として円弧状をなしている。そして、リングセグメント6において、タービンケース4に対向する側(外周側)には、タービンケース4に係止されるフック部7、8が一体に形成されている。フック部7、8は、それぞれガスタービン1の周方向に沿って複数が互いに間隔を隔てて形成されている。
The tip shroud 5 includes a ring segment 6 formed by dividing the tip shroud 5 into a plurality in the circumferential direction for assembly reasons.
As shown in FIG. 7, the ring segment 6 has an arc shape as a whole. In the ring segment 6, hook portions 7 and 8 that are locked to the turbine case 4 are integrally formed on the side (outer peripheral side) facing the turbine case 4. A plurality of hook portions 7 and 8 are formed at intervals from each other along the circumferential direction of the gas turbine 1.

特開2008−144617号公報JP 2008-144617 A 実開昭59−172208号公報Japanese Utility Model Publication No.59-172208

このようなリングセグメント6に対しては、運転時には、動翼3に対向する対向面6a側は、燃焼ガスと接するために耐熱コーティングを施していたとしても1000℃程度の高温になる一方、タービンケース4は冷却され500℃程度の温度となるためタービンケース4に対向する側は500℃強の温度となる。
これによって作用する熱応力により、チップシュラウド5を構成する各リングセグメント6、および、その内周面6aは、図7(b)に示すように、周方向(ガスタービン1の周方向)において不均一に変形する。これは、動翼3に対向する内周面6a側と、フック部7、8が形成されている側(外周側)との温度差(フック部7、8が形成されている側では、フック部7、8を通してタービンケース4側に熱が逃げることにより発生する温度差)に起因した熱伸び差が内周側と外周側との間に生じる。ここで、図7(b)は後述する切り欠き9を便宜上設けていない場合の運転時における内周面6aの変形形状を示している。
さらに、リングセグメント6には熱応力対策として切り欠き9が設けられることが通常であるが、このリングセグメント6の周方向において、フック部7、8が形成されている箇所と、互いに隣接するフック部7、8の間に存在する切り欠き9の部分とでは、機械的特性(剛性や熱容量など)も異なる。その結果、図7(c)に示すように、リングセグメント6の周方向において、フック部7、8が形成されている箇所に対し、互いに隣接するフック部7、8の間に存在する切り欠き9の部分において、変形量が小さくなる。これに伴い、図8に示すように、チップシュラウド5(リングセグメント6)と動翼3のクリアランスCも、周方向において不均一となる。なお、運転中にチップシュラウド5と動翼3とが接触する事故を未然に防止するために、この周方向における不均一量を設計マージンとして確保しておく必要があり、結果として、クリアランスCを大きくしなければならなかった。しかし、チップシュラウド5と動翼3のクリアランスCは、ガスタービン1の燃費・性能に直結するため、クリアランスCを均一化して、かつ、小さくするのが好ましい。
For such a ring segment 6, during operation, the opposed surface 6 a side facing the rotor blade 3 is at a high temperature of about 1000 ° C. even if heat-resistant coating is applied to contact the combustion gas. Since the case 4 is cooled to a temperature of about 500 ° C., the side facing the turbine case 4 has a temperature of slightly over 500 ° C.
Due to the thermal stress acting on this, each ring segment 6 constituting the tip shroud 5 and its inner peripheral surface 6a are not in the circumferential direction (the circumferential direction of the gas turbine 1) as shown in FIG. 7B. Deforms uniformly. This is because the temperature difference between the inner peripheral surface 6a facing the rotor blade 3 and the side (outer peripheral side) on which the hook portions 7 and 8 are formed (on the side on which the hook portions 7 and 8 are formed) A difference in thermal expansion caused by heat escaping to the turbine case 4 side through the portions 7 and 8 occurs between the inner peripheral side and the outer peripheral side. Here, FIG.7 (b) has shown the deformation | transformation shape of the internal peripheral surface 6a at the time of the driving | operation when the notch 9 mentioned later is not provided for convenience.
Further, the ring segment 6 is usually provided with a notch 9 as a measure against thermal stress. However, in the circumferential direction of the ring segment 6, the portions where the hook portions 7 and 8 are formed and the hooks adjacent to each other. The mechanical characteristics (rigidity, heat capacity, etc.) are also different from those of the notch 9 existing between the portions 7 and 8. As a result, as shown in FIG. 7 (c), notches existing between the hook portions 7 and 8 adjacent to each other with respect to the place where the hook portions 7 and 8 are formed in the circumferential direction of the ring segment 6. In the portion 9, the deformation amount becomes small. Accordingly, as shown in FIG. 8, the clearance C between the tip shroud 5 (ring segment 6) and the rotor blade 3 also becomes nonuniform in the circumferential direction. In order to prevent an accident in which the tip shroud 5 and the rotor blade 3 come into contact during operation, it is necessary to secure this non-uniform amount in the circumferential direction as a design margin. I had to make it bigger. However, since the clearance C between the tip shroud 5 and the rotor blade 3 is directly related to the fuel efficiency and performance of the gas turbine 1, it is preferable to make the clearance C uniform and small.

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、チップシュラウドと動翼とのクリアランスを周方向において均一化してクリアランスを小さくし、ガスタービンの性能を向上させることのできるガスタービン、分割セグメント、分割セグメントの形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made based on such a technical problem. A gas turbine capable of improving the performance of the gas turbine by making the clearance between the tip shroud and the moving blade uniform in the circumferential direction to reduce the clearance. An object of the present invention is to provide a divided segment and a method for forming the divided segment.

かかる目的のもと、本発明のガスタービンは、ガスタービンの外殻をなすケーシングと、ケーシング内に設けられたタービンの動翼と、ケーシング側に固定され、動翼の先端と規定のクリアランスを隔てて対向することで、動翼との間でのシール性を維持する円環状のシュラウドと、を備え、シュラウドは、当該シュラウドを周方向に分割してなる複数の分割セグメントからなり、分割セグメントにおいて動翼の先端に対向する対向面が、常温では凹凸面とされ、ガスタービンを作動させたときには動翼との間で周方向に一定のクリアランスを隔てる円弧面とされていることを特徴とする。
このように凹凸面を形成しておくことで、対向面は、ガスタービンを作動させて高温状態となったときに動翼との間で周方向に一定のクリアランスを隔てる円弧面となる。
このような凹凸面は、対向面に機械加工を施すことで形成することができる。また、対向面にコーティング層を形成し、当該コーティング層に凹凸面を形成することもできる。
For this purpose, the gas turbine of the present invention has a casing that forms the outer shell of the gas turbine, a turbine blade provided in the casing, and a fixed clearance between the tip of the blade and a specified clearance. separated by by opposing, and a annular sheet shroud to maintain the sealing property between the rotor blades, shea shroud from a plurality of divided segments obtained by dividing the equivalent 該Shi shroud in the circumferential direction Therefore, the facing surface facing the tip of the moving blade in the divided segment is an uneven surface at normal temperature, and when the gas turbine is operated, it is an arc surface separating a certain clearance in the circumferential direction from the moving blade. It is characterized by that.
By forming the concavo-convex surface in this way, the opposing surface becomes an arc surface that separates a certain clearance in the circumferential direction from the moving blade when the gas turbine is operated and becomes a high temperature state.
Such an uneven surface can be formed by machining the opposing surface. Moreover, a coating layer can be formed in an opposing surface and an uneven surface can be formed in the said coating layer.

分割セグメントはいかなる構成のものであってもよいが、当該分割セグメントをケーシング側に係止するフック部が形成されたものとすることができる。この場合、フック部は、分割セグメントの全体において、周方向に間隔を隔てて複数設けることもできるが、分割セグメントにおいて周方向の両端部のみに形成することもできる。   The divided segment may have any configuration, but a hook portion for locking the divided segment on the casing side may be formed. In this case, a plurality of hook portions can be provided at intervals in the circumferential direction in the entire divided segment, but can also be formed only at both ends in the circumferential direction in the divided segment.

また、シュラウドとケーシングとの間に、断熱層を設けても良い。 Between the sheets shroud and the casing may be provided with a heat insulating layer.

また、本発明は、ガスタービンの外殻をなすケーシングに固定され、ケーシング内に設けられたタービンの動翼の先端と規定のクリアランスを隔てて対向することで、動翼との間でのシール性を維持する円環状のシュラウドを周方向に分割してなる分割セグメントであって、動翼の先端に対向する対向面が、常温では凹凸面とされ、ガスタービンを作動させた状態では、動翼との間で周方向に一定のクリアランスを隔てた円弧面とされていることを特徴とする分割セグメントとすることもできる。 Further, the present invention is fixed to a casing that forms an outer shell of a gas turbine, and is opposed to a tip of a moving blade of the turbine provided in the casing with a predetermined clearance therebetween, thereby sealing between the moving blades. An annular shroud that maintains its performance is divided in the circumferential direction, and the opposed surface facing the tip of the rotor blade is a rough surface at room temperature. It can also be a divided segment characterized by a circular arc surface with a certain clearance in the circumferential direction between the blades .

さらに、本発明は、上記したような分割セグメントにおいて動翼の先端に対向する対向面について、ガスタービンを作動させた状態において動翼との間で周方向に一定のクリアランスを隔てる円弧面とし、この円弧面が常温に戻ったときの形状を示すデータを有限要素法解析により求めるステップと、求められたデータに基づき、常温において、分割セグメントの対向面を常温に戻ったときの形状に加工するステップと、を備えることを特徴とする分割セグメントの形成方法とすることもできる。 Furthermore, in the present invention, the opposed surface facing the tip of the moving blade in the divided segment as described above is an arc surface separating a certain clearance in the circumferential direction with the moving blade in a state where the gas turbine is operated, A step for obtaining data indicating the shape of the arc surface when it returns to room temperature by finite element analysis, and processing the facing surface of the divided segment into a shape when it returns to room temperature at room temperature based on the obtained data. And a segmented segment forming method characterized by comprising the steps.

本発明によれば、ガスタービンの作動状態において、動翼に対するチップシュラウドの対向面(内周面)を円弧面とすることで、チップシュラウドと動翼とのクリアランスを周方向において均一化してクリアランスを小さくし、ガスタービンの性能向上を図ることが可能となる。   According to the present invention, in the operating state of the gas turbine, the opposing surface (inner peripheral surface) of the tip shroud with respect to the rotor blade is an arc surface, so that the clearance between the tip shroud and the rotor blade is made uniform in the circumferential direction. It is possible to improve the performance of the gas turbine.

本実施の形態におけるガスタービンの要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the gas turbine in this Embodiment. リングセグメントを示す図であって、(a)側断面図、(b)はタービンの軸線に直交する方向から見た図、(c)は対向面(内周面)に形成した凹凸面と、ガスタービンを作動した状態における円弧面とを模式的に示す図である。It is a figure which shows a ring segment, Comprising: (a) Side sectional view, (b) is a view seen from the direction orthogonal to the axis of the turbine, (c) is an uneven surface formed on the opposing surface (inner peripheral surface), It is a figure which shows typically the circular arc surface in the state which act | operated the gas turbine. リングセグメントの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a ring segment. リングセグメントのさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of a ring segment. リングセグメントとケーシングとの間に断熱層を形成した例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which formed the heat insulation layer between the ring segment and the casing. 従来のガスタービンにおけるチップシュラウドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the chip | tip shroud in the conventional gas turbine. 従来のリングセグメントを示す図であって、(a)側断面図、(b)は、切り欠き無の場合における熱影響によるリングセグメントの変形状態を、タービンの軸線に直交する方向から見た模式図、(c)は、切り欠き有の場合における機械的特性を加味したリングセグメントの変形状態を、タービンの軸線に直交する方向から見た模式図である。It is a figure which shows the conventional ring segment, Comprising: (a) Side sectional drawing, (b) is the model which looked at the deformation | transformation state of the ring segment by the heat influence in the case of not having notched from the direction orthogonal to the axis line of a turbine. FIG. 4C is a schematic view of a deformed state of the ring segment in consideration of mechanical characteristics in the case where there is a notch, as viewed from a direction perpendicular to the axis of the turbine. 従来のリングセグメントの変形量を示す図である。It is a figure which shows the deformation amount of the conventional ring segment.

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態におけるガスタービン10の要部を説明するための図である。
ガスタービン10は、その外殻をなす車室ケーシング内に、空気の流れの上流側から下流側に向かって空気取入口、圧縮機、燃焼器、タービン11が設けられている。そして、空気取入口から取り込まれた空気は圧縮機によって圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器へ送り込まれる。燃焼器では、この圧縮空気に燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを生成させる。この高温・高圧の燃焼ガスはタービン11に噴射され、タービン11内で膨張してタービン11を回転させる。タービン11の回転エネルギーにより、ガスタービン10の主軸に連結された圧縮機翼等が駆動される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a view for explaining a main part of a gas turbine 10 in the present embodiment.
The gas turbine 10 is provided with an air intake, a compressor, a combustor, and a turbine 11 in a casing casing that forms an outer shell of the gas turbine 10 from the upstream side to the downstream side of the air flow. And the air taken in from the air intake is compressed by the compressor, and is sent to the combustor as high-temperature and high-pressure compressed air. In the combustor, fuel is supplied to the compressed air and burned to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. This high-temperature and high-pressure combustion gas is injected into the turbine 11, expands in the turbine 11, and rotates the turbine 11. The compressor blades connected to the main shaft of the gas turbine 10 are driven by the rotational energy of the turbine 11.

さて、このようなガスタービン10において、タービン11の軸方向に間隔を隔てて、タービン11に一体的に設けられたタービンディスク12が複数設けられている。そして、各タービンディスク12の外周側には、動翼13が一体的に設けられている。   Now, in such a gas turbine 10, a plurality of turbine disks 12 provided integrally with the turbine 11 are provided at intervals in the axial direction of the turbine 11. A rotor blade 13 is integrally provided on the outer peripheral side of each turbine disk 12.

動翼13と、車室ケーシング側に固定的に設けられたタービンケース14との間において、シール性を確保するために、タービンケース14の内壁部に動翼13の外周側に位置する円環状のチップシュラウド15が設けられている。このチップシュラウド15の内周面15aが、動翼13の先端13aと、例えば0.5mm以下のクリアランスCを隔てて対向することで、動翼13とチップシュラウド15の間から燃焼ガスが漏れるのを防ぐ。特に小型の航空機用のタービンでは0.1mm単位でのクリアランス管理を実施しており、0.1mm単位でのクリアランス低減が重要である。   An annular ring positioned on the outer peripheral side of the moving blade 13 on the inner wall portion of the turbine case 14 in order to ensure sealing performance between the moving blade 13 and the turbine case 14 fixedly provided on the casing side. The chip shroud 15 is provided. The inner peripheral surface 15a of the tip shroud 15 faces the tip 13a of the rotor blade 13 with a clearance C of 0.5 mm or less, for example, so that combustion gas leaks from between the rotor blade 13 and the tip shroud 15. prevent. Especially for small aircraft turbines, clearance management is performed in units of 0.1 mm, and it is important to reduce clearances in units of 0.1 mm.

チップシュラウド15は、チップシュラウド15を周方向に複数に分割してなるリングセグメント(分割セグメント)16から構成されている。図2に示すように、各リングセグメント16は円弧状をなしており、複数のリングセグメント16を互いに連結することで、円環状のチップシュラウド15を構成する。   The tip shroud 15 includes a ring segment (divided segment) 16 formed by dividing the tip shroud 15 into a plurality of portions in the circumferential direction. As shown in FIG. 2, each ring segment 16 has an arc shape, and an annular tip shroud 15 is configured by connecting a plurality of ring segments 16 to each other.

各リングセグメント16は、タービンケース14に対向する側(外周側)に、タービンケース14に設けられた係止部14a、14bに係止されるフック部17、18が一体に形成されている。ここで、係止部14a、14b、フック部17、18の形状については何ら限定するものではなく、図示したもの以外の適宜の形状・構造とすることを許容する。
このようなフック部17、18は、それぞれガスタービン10の周方向に沿って複数が互いに間隔を隔てて形成され、周方向において互いに隣接するフック部17、18間には、切り欠き19が形成されている。
Each ring segment 16 is integrally formed with hook portions 17 and 18 that are locked to locking portions 14 a and 14 b provided on the turbine case 14 on the side (outer peripheral side) facing the turbine case 14. Here, the shapes of the locking portions 14a and 14b and the hook portions 17 and 18 are not limited at all, and it is allowed to have an appropriate shape and structure other than those illustrated.
A plurality of such hook portions 17 and 18 are formed at intervals along the circumferential direction of the gas turbine 10, and a notch 19 is formed between the hook portions 17 and 18 adjacent to each other in the circumferential direction. Has been.

このようなリングセグメント16において、動翼13に対向する対向面(内周面)16aは、全体として円弧状をなしている。
さらに、本実施形態では、リングセグメント16の対向面16aには、凹凸面20が形成されている。この凹凸面20は、ガスタービン10が起動してタービン11を高温の燃焼ガスが通過した状態のときに、タービン11の中心に対して同心円弧状をなした円弧面20Cを形成し、動翼13の先端13aに対し、周方向において一定のクリアランスCを隔てて対向するよう形成されている。
In such a ring segment 16, the opposing surface (inner peripheral surface) 16a facing the rotor blade 13 has an arc shape as a whole.
Furthermore, in the present embodiment, an uneven surface 20 is formed on the facing surface 16 a of the ring segment 16. The uneven surface 20 forms a circular arc surface 20 </ b> C having a concentric arc shape with respect to the center of the turbine 11 when the gas turbine 10 is activated and high-temperature combustion gas passes through the turbine 11. It is formed so as to face the front end 13a with a certain clearance C in the circumferential direction.

このような凹凸面20は、リングセグメント16の対向面16aに、直接機械加工を施すことで形成しても良いし、耐熱耐酸化コーティング等のコーティング層を形成し、このコーティング層に形成しても良い。
凹凸面20は、まず、リングセグメント16の対向面16aについて、FEM(有限要素法)解析により、高温状態(ガスタービン10が起動してタービン11を高温の燃焼ガスが通過した状態のとき)でのリングセグメント16の対向面16aの表面形状と、常温状態(凹凸面20を形成するときの周囲雰囲気温度状態)での表面形状の差を解析し、この差から高温状態に円弧面20Cが形成されるための常温状態での形状を算出して決定される。
そして、解析により得られた表面分布のデータに基づき、常温において、リングセグメント16の対向面16aに、機械加工等により凹凸面20を形成するのである。
Such an uneven surface 20 may be formed by directly machining the facing surface 16a of the ring segment 16, or a coating layer such as a heat and oxidation resistant coating is formed on the coating layer. Also good.
The concave / convex surface 20 is first in a high temperature state (when the gas turbine 10 is started and high-temperature combustion gas has passed through the turbine 11) on the opposing surface 16 a of the ring segment 16 by FEM (finite element method) analysis. The difference between the surface shape of the facing surface 16a of the ring segment 16 and the surface shape in the normal temperature state (ambient ambient temperature state when forming the uneven surface 20) is analyzed, and the arc surface 20C is formed in a high temperature state from this difference. It is determined by calculating the shape in the normal temperature state to be performed.
Then, based on the surface distribution data obtained by the analysis, the uneven surface 20 is formed on the facing surface 16a of the ring segment 16 by machining or the like at room temperature.

このようにして、リングセグメント16においた動翼13に対向する対向面16aに、凹凸面20を形成しておくことで、ガスタービン10が起動してタービン11を高温の燃焼ガスが通過した状態のときには、リングセグメント16の対向面16aが、動翼13の先端13aに対して周方向に一定のクリアランスCを隔てて対向する円弧面20Cとなる。これにより、クリアランスCを、周方向不均一変形分のマージンを排除した状態で設計できるため、従来以上に狭めることが可能となり、ガスタービン10の燃費・性能を向上させることが可能となる。   Thus, by forming the uneven surface 20 on the opposed surface 16a facing the rotor blade 13 in the ring segment 16, the gas turbine 10 is activated and the high-temperature combustion gas has passed through the turbine 11. In this case, the facing surface 16a of the ring segment 16 becomes an arcuate surface 20C facing the tip 13a of the rotor blade 13 with a certain clearance C in the circumferential direction. As a result, the clearance C can be designed in a state in which the margin for non-uniform deformation in the circumferential direction is eliminated, so that the clearance C can be made narrower than before, and the fuel efficiency and performance of the gas turbine 10 can be improved.

なお、上記実施形態において、フック部17、18の具体的な形状や設置数、設置間隔については、何ら限定する意図はない。
例えば、図3に示すように、フック部17、18を、図2に示した構成よりも、周方向に大きな間隔を隔てて形成し、切り欠き19の周方向の長さを大きくしても良い。
In addition, in the said embodiment, there is no intention which limits at all about the specific shape of hook parts 17 and 18, the number of installation, and an installation interval.
For example, as shown in FIG. 3, the hook portions 17 and 18 may be formed at a larger interval in the circumferential direction than the configuration shown in FIG. 2, and the circumferential length of the notch 19 may be increased. good.

また、図4に示すように、フック部17、18を、リングセグメント16の周方向両端部のみに設けるようにしても良い。この場合、図2や図3の例よりも、フック部17、18の設置数を減らすことで、タービンケース14側に逃げる熱量を抑えることができ、フック部17、18のガスタービン10の半径方向における温度差を低減することができる。さらに、フック部17、18の数を図2や図3の例よりも少なくすることで、リングセグメント16の剛性が小さくなり、リングセグメント16の周方向中間部16c、つまり両端のフック部17、18の間の部分における剛性が全体的に低くなり、この部分における不均一な変形を抑えることもできる。   Further, as shown in FIG. 4, the hook portions 17 and 18 may be provided only at both ends in the circumferential direction of the ring segment 16. In this case, the amount of heat escaping to the turbine case 14 side can be suppressed by reducing the number of hooks 17 and 18 installed as compared with the examples of FIGS. 2 and 3, and the radius of the gas turbine 10 of the hooks 17 and 18 can be suppressed. The temperature difference in the direction can be reduced. Further, by reducing the number of hook portions 17 and 18 as compared with the examples of FIGS. 2 and 3, the rigidity of the ring segment 16 is reduced, and the circumferential intermediate portion 16c of the ring segment 16, that is, the hook portions 17 at both ends, The rigidity in the part between 18 becomes low entirely, and the nonuniform deformation | transformation in this part can also be suppressed.

また、図5に示すように、タービンケース14とリングセグメント16との間に、タービンケース14やリングセグメント16よりも熱伝導率が低く、かつ必要十分な機械強度を有した材料、例えばセラミック、発泡系金属、耐熱コーティング等、からなる断熱層30を挟み込むこともできる。
これにより、リングセグメント16からタービンケース14に逃げる熱量を抑え、周方向に不均一な温度分布、周方向に不均一な変形が生じるのを抑えることができる。
Further, as shown in FIG. 5, a material having lower thermal conductivity than the turbine case 14 or the ring segment 16 and having a necessary and sufficient mechanical strength, for example, ceramic, between the turbine case 14 and the ring segment 16. It is also possible to sandwich a heat insulating layer 30 made of foamed metal, heat resistant coating, or the like.
Thereby, the amount of heat escaping from the ring segment 16 to the turbine case 14 can be suppressed, and uneven temperature distribution in the circumferential direction and uneven deformation in the circumferential direction can be suppressed.

なお、上記実施の形態では、リングセグメント16に凹凸面20、断熱層30を設ける構成について説明したが、ガスタービン10のそれ以外の部分についてはいかなる構造としても良い。
また、図2(c)において、対向面16aに形成する凹凸面20を示したが、これは、凹凸を強調して示した模式図に過ぎず、その形状については図示したものに何ら拘束されるものではなく、実際の解析に基づいた形状とするものであるのは言うまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
In the above-described embodiment, the configuration in which the uneven surface 20 and the heat insulating layer 30 are provided on the ring segment 16 has been described. However, the other portions of the gas turbine 10 may have any structure.
Further, in FIG. 2C, the uneven surface 20 formed on the facing surface 16a is shown, but this is only a schematic diagram with the unevenness emphasized, and the shape is not restricted to what is shown in the figure. Needless to say, the shape is based on actual analysis.
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

10…ガスタービン、11…タービン、13…動翼、13a…先端、14…タービンケース、15…チップシュラウド、15a…内周面、16…リングセグメント(分割セグメント)、16a…対向面(内周面)、17、18…フック部、20…凹凸面、20C…円弧面、30…断熱層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gas turbine, 11 ... Turbine, 13 ... Moving blade, 13a ... Tip, 14 ... Turbine case, 15 ... Tip shroud, 15a ... Inner peripheral surface, 16 ... Ring segment (divided segment), 16a ... Opposite surface (inner periphery) Surface), 17, 18 ... hook part, 20 ... uneven surface, 20C ... circular arc surface, 30 ... heat insulation layer

Claims (8)

ガスタービンの外殻をなすケーシングと、
前記ケーシング内に設けられたタービンの動翼と、
前記ケーシング側に固定され、前記動翼の先端と規定のクリアランスを隔てて対向することで、前記動翼との間でのシール性を維持する円環状のシュラウドと、を備え、
記シュラウドは、当該シュラウドを周方向に分割してなる複数の分割セグメントからなり、
前記分割セグメントにおいて前記動翼の先端に対向する対向面が、常温では凹凸面とされ、前記ガスタービンを作動させた状態では、前記動翼との間で周方向に一定のクリアランスを隔てた円弧面とされていることを特徴とするガスタービン。
A casing that forms the outer shell of the gas turbine;
A turbine blade provided in the casing;
Fixed to said casing, by opposed spaced tips and provision of clearance of the rotor blade, and a annular sheet shroud to maintain the sealing property between the moving blade,
Before carboxymethyl shroud is comprised of a plurality of divided segments obtained by dividing the equivalent 該Shi shroud in the circumferential direction,
In the divided segment, the facing surface facing the tip of the moving blade is an uneven surface at room temperature, and in a state where the gas turbine is operated, an arc having a certain clearance in the circumferential direction with the moving blade A gas turbine characterized by being made into a surface.
前記凹凸面は、前記対向面に機械加工を施すことで形成されていることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン。   The gas turbine according to claim 1, wherein the uneven surface is formed by machining the facing surface. 前記対向面にコーティング層が形成され、当該コーティング層に前記凹凸面が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン。   The gas turbine according to claim 1, wherein a coating layer is formed on the facing surface, and the uneven surface is formed on the coating layer. 前記分割セグメントは、当該分割セグメントを前記ケーシング側に係止するフック部が形成されてい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ガスタービン。   The gas turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the divided segment is formed with a hook portion that locks the divided segment to the casing side. 前記フック部が、前記分割セグメントにおいて周方向の両端部のみに形成されていることを特徴とする請求項4に記載のガスタービン。   The gas turbine according to claim 4, wherein the hook portion is formed only at both ends in the circumferential direction in the divided segment. 記シュラウドと前記ケーシングとの間に、断熱層が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のガスタービン。 Between the front carboxymethyl shroud and the casing, the gas turbine according to any one of claims 1 5, characterized in that the heat insulating layer is provided. ガスタービンの外殻をなすケーシングに固定され、前記ケーシング内に設けられたタービンの動翼の先端と規定のクリアランスを隔てて対向することで、前記動翼との間でのシール性を維持する円環状のシュラウドを周方向に分割してなる分割セグメントであって、
前記動翼の先端に対向する対向面が、常温では凹凸面とされ、前記ガスタービンを作動させた状態では、前記動翼との間で周方向に一定のクリアランスを隔てた円弧面とされていることを特徴とする分割セグメント。
It is fixed to the casing that forms the outer shell of the gas turbine, and maintains the sealing performance between the moving blades by facing the tip of the moving blade of the turbine provided in the casing with a predetermined clearance. A divided segment formed by dividing an annular shroud in the circumferential direction,
The facing surface facing the tip of the moving blade is an uneven surface at room temperature, and when the gas turbine is operated, it is an arc surface with a certain clearance in the circumferential direction between the moving blade and the moving blade. A segment that is characterized by
請求項に記載の分割セグメントの形成方法であって、
前記分割セグメントにおいて前記動翼の先端に対向する対向面について、前記ガスタービンを作動させた状態において前記動翼との間で周方向に一定のクリアランスを隔てる円弧面とし、当該円弧面が常温に戻ったときの形状を示すデータを有限要素法解析により求めるステップと、
求められた前記データに基づき、常温において、前記分割セグメントの前記対向面を前記常温に戻ったときの形状に加工するステップと、
を備えることを特徴とする分割セグメントの形成方法。
A method for forming a divided segment according to claim 7 ,
The facing surface facing the tip of the moving blade in the divided segment is an arc surface that separates a certain clearance in the circumferential direction between the moving blade and the gas turbine when the gas turbine is operated, and the arc surface is at room temperature. A step of obtaining data indicating a shape when returning by finite element analysis,
Based on the data obtained, at room temperature, the steps of processing the facing surface of the divided segments to the shape when returned to the room temperature,
A method for forming divided segments, comprising:
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