JP6071629B2 - タービン及びガスタービンエンジン - Google Patents

Description

本発明は、タービン及び当該タービンを備えるガスタービンエンジンに関するものである。

従来、高圧タービンと低圧タービンとの間のガス流路を形成するライナを備えるガスタービンが知られている（例えば、特許文献１参照）。このライナは、主流リングと、主流リングの前方の支持部とを有し、主流リングの先端部には、厚さを肉厚にした肉厚部が設けられている。ライナは、肉厚部が設けられることで熱容量を増大させ、これにより、熱応答性を遅くすることで、ライナへの熱応力を緩和している。

特開平１１−３２４６１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたライナでは、与えられた熱による熱応力の低減を肉厚部のみで行う。この場合、肉厚部の熱容量が大きくなるため、肉厚部の質量が重くなってしまい、ガスタービンの軽量化を図ることが難しくなる。また、従来から、ライナの前方の支持部を、嵌合構造にして半径方向に自由に移動できるようにすることで、熱応力を緩和することが提案されている。この場合、嵌合構造としたライナは、所定の部位に応力が発生することとなる。

そこで、本発明は、質量の増大を抑制しつつ、熱応力を抑制することができるタービン及びガスタービンエンジンを提供することを課題とする。

本発明のタービンは、内筒バッフル部材と、前記内筒バッフル部材の外側に設けられる外筒バッフル部材とを有し、前記内筒バッフル部材と前記外筒バッフル部材との間に主流ガスが流通するガス流路を形成するバッフルを備えるタービンにおいて、前記内筒バッフル部材は、前記ガス流路側に設けられる第１分割バッフル部材と、前記第１分割バッフル部材を挟んで、前記ガス流路の反対側に設けられる第２分割バッフル部材と、前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材とを重ね合わせた重複部分を連結すると共に、前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材との対向する方向における相対的な移動を許容する連結部材と、前記連結部材よりも前記ガス流路側の前記第１分割バッフル部材に設けられる厚肉部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１分割バッフル部材と第２分割バッフル部材とを連結部材で連結することで、第１分割バッフル部材と第２分割バッフル部材との対向する方向（径方向）における移動を許容することができるため、熱応力を逃がす構成とすることができる。このとき、連結部材よりもガス流路側（外周側）の第１分割バッフル部材に厚肉部を設けることで、厚肉部における熱容量を大きくすることができる。このため、厚肉部から、熱応力が発生し易い部位への熱応答が遅れることから、第１分割バッフル部材に対する熱応力を抑制することができる。このとき、第１分割バッフル部材と第２分割バッフル部材との対向する方向において熱応力を逃がすことができる分、厚肉部の熱容量を小さくできることから、厚肉部の質量の増大を抑制しつつ、熱応力を抑制することができる。

この場合、前記第１分割バッフル部材は、前記ガス流路に沿って設けられる第１部位と、前記第１部位から前記第２分割バッフル部材へ向かって突出する、先端部に前記重複部分が設けられる第２部位と、を有し、前記厚肉部は、前記第２部位の基端部に設けられ、前記第２部位の先端部の前記重複部分における厚さよりも厚くなっていることが好ましい。

この構成によれば、連結部材よりもガス流路側（基端部側）の第２部位に厚肉部を設けることができるため、厚肉部とは反対側（先端部側）の第２部位の重複部分に発生する熱応力を効果的に抑制することができる。

この場合、前記厚肉部は、前記第２分割バッフル部材と重ね合わせられる前記第１分割バッフル部材の重ね合わせ面とは反対側の面から突出して設けられていることが好ましい。

この構成によれば、厚肉部は、第１分割バッフル部材を挟んで第２分割バッフル部材の反対側に設けられるため、厚肉部と第２分割バッフル部材との物理的な干渉を抑制することができる。

この場合、前記厚肉部における前記第２部位の厚さは、前記重複部分における前記第２部位の厚さの１．５倍以上３．５倍以下であることが好ましい。

この構成によれば、厚肉部の厚さを、最適な厚さ、つまり厚肉部の質量の増大と熱応力の集中の抑制とがバランスする厚さにすることができる。

この場合、前記第１分割バッフル部材は、前記ガス流路に沿って設けられる第１部位と、前記第１部位から前記第２分割バッフル部材へ向かって突出する、先端部に前記重複部分が設けられる第２部位と、前記第１部位と前記第２部位との接続部分から、前記第１部位の反対側へ突出する第３部位と、を有し、前記厚肉部は、前記第２部位と前記第３部位との間に設けられ、所定の隙間を空けて前記第２分割バッフル部材に対向して設けられていることが好ましい。

この構成によれば、第２部位と第３部位との間に厚肉部を設けることで、連結部材よりもガス流路側（基端部側）に厚肉部を設けることができるため、厚肉部とは反対側（先端部側）の第２部位の重複部分に発生する熱応力を効果的に抑制することができる。

この場合、前記厚肉部の厚さは、前記厚肉部と前記第２分割バッフル部材とが対向する方向において、前記隙間の長さに比して長いことが好ましい。

この構成によれば、厚肉部の厚さを、隙間の長さに比して厚くすることができるため、厚肉部の熱容量を大きくしつつ、厚肉部と第２分割バッフル部材との物理的な干渉を抑制することができる。

この場合、前記隙間の長さは、前記内筒バッフル部材の外周における半径の０．０２倍以上０．０７倍以下であることが好ましい。

この構成によれば、隙間の長さよりも厚くなる厚肉部の厚さを、最適な厚さ、つまり重量の増大と熱応力の発生の抑制とがバランスする厚さにすることができる。

この場合、前記第１分割バッフル部材は、前記ガス流路に沿って設けられる第１部位と、前記第１部位から前記第２分割バッフル部材へ向かって突出する、先端部に前記重複部分が設けられる第２部位と、を有し、前記重複部分は、前記連結部材を挟んで設けられる一対の突出部を含み、前記突出部は、前記連結部材側の基端部において第１の曲率半径となる曲面と、前記連結部材側とは反対側の基端部において第２の曲率半径となる曲面とを有し、前記第２の曲率半径は、前記第１の曲率半径の３．５倍以上５．５倍以下であることが好ましい。

この構成によれば、第１の曲率半径と第２の曲率半径とを所定の比率とすることができる。このため、一対の突出部の基端部に与えられる熱応力をバランスさせることができるため、熱応力を抑制することができる。

この場合、前記第１分割バッフル部材は、前記重複部分の前記基端側の部位を前記第２分割バッフル部材に接触させて設けられる一方で、前記重複部分の前記先端側の部位を前記第２分割バッフル部材から離して設けられていることが好ましい。

この構成によれば、第１分割バッフル部材の重複部分における先端側の部位を離すことができる。ここで、第１分割バッフル部材の重複部分における先端側の部位が、第２分割バッフル部材に接触している場合、第１分割バッフル部材の重複部分における先端側の部位が、第２分割バッフル部材へ押圧すると、第１分割バッフル部材と第２分割バッフル部材との間に隙間が形成される。しかしながら、第１分割バッフル部材の重複部分における先端側の部位を離しているため、重複部分が温度差または圧力差等により変形する場合であっても、重複部分の先端側の部位が、第２分割バッフル部材を押圧することがない。このため、第１分割バッフル部材の重複部分における基端側の部位と、第２分割バッフル部材との接触を維持することができる。よって、第１分割バッフル部材と第２分割バッフル部材との間の隙間の形成を抑制することができ、内筒バッフル部材周りにおける主流ガスの漏洩を抑制することができる。

本発明の他のタービンは、内筒バッフル部材と、前記内筒バッフル部材の外側に設けられる外筒バッフル部材とを有し、前記内筒バッフル部材と前記外筒バッフル部材との間に主流ガスが流通するガス流路を形成するバッフルを備えるタービンにおいて、前記内筒バッフル部材は、前記ガス流路側に設けられる第１分割バッフル部材と、前記第１分割バッフル部材を挟んで、前記ガス流路の反対側に設けられる第２分割バッフル部材と、前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材とを重ね合わせた重複部分を連結すると共に、前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材との対向する方向における相対的な移動を許容する連結部材と、を備え、前記第１分割バッフル部材は、前記ガス流路に沿って設けられる第１部位と、前記第１部位から前記第２分割バッフル部材へ向かって突出する、先端部に前記重複部分が設けられる第２部位と、を有し、前記重複部分は、前記連結部材を挟んで設けられる一対の突出部を含み、前記突出部は、前記連結部材側の基端部において第１の曲率半径となる曲面と、前記連結部材側とは反対側の基端部において第２の曲率半径となる曲面とを有し、前記第２の曲率半径は、前記第１の曲率半径の３．５倍以上５．５倍以下であることを特徴とする。

この構成によれば、第１の曲率半径と第２の曲率半径とを所定の比率とすることができる。このため、一対の突出部の基端部に与えられる応力をバランスさせることができるため、応力を抑制することができる。

本発明のガスタービンエンジンは、取り込んだ空気を圧縮する圧縮機と、燃料を噴射すると共に、噴射された燃料と圧縮された空気とを混合させて燃焼させる燃焼器と、燃料を燃焼させることで発生した主流ガスによって回転する、上記のタービンと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、バッフルに熱が与えられても、熱応力を抑制することができるため、タービンの長寿命化を図ることができ、また、質量の増大を抑制することができるため、主流ガスによって効率良くタービンを回転させることができる。

図１は、実施例１に係るガスタービンエンジンの概略構成図である。 図２は、実施例１に係るタービンのバッフルを示す断面図である。 図３は、実施例１のバッフルの重複部分を軸方向から見たときの正面図である。 図４は、実施例１のバッフルの厚肉部における板厚比率に応じて変化する応力比率のグラフである。 図５は、実施例２に係るタービンのバッフルを示す断面図である。 図６は、実施例３に係るタービンのバッフルにおける一対の突起部を軸方向から見たときの正面図である。 図７は、実施例３のバッフルの一対の突起部における曲率半径に応じて変化する熱応力のグラフである。 図８は、実施例４に係るタービンのバッフルを示す断面図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１に係るガスタービンエンジンの概略構成図である。図１に示すように、実施例１に係るガスタービンエンジン（ジェットエンジン）１は、回転軸となるロータ５と、圧縮機１０と、燃焼器２０と、タービン３０とを備えている。ガスタービンエンジン１は、圧縮機１０において、取り込んだ空気を圧縮し、燃焼器２０において、圧縮した空気に燃料を噴射して燃焼ガス（主流ガス）Ｇを発生させ、発生させた燃焼ガスＧによりタービン３０を回転させることで、ロータ５を回転させている。

圧縮機１０は、圧縮機ケーシング１４と、圧縮機ケーシング１４に収容されるインペラ１１とを有している。インペラ１１は、ロータ５に取り付けられるディスク１１ａと、ディスク１１ａの周囲に放射状に配置された複数枚のブレード１１ｂとを含んで構成されている。このため、インペラ１１は、ロータ５を回転軸として、ロータ５と一体に回転する。圧縮機ケーシング１４は、ロータ５の周囲に設けられており、酸化剤としての空気が流通する流路１２を形成している。この流路１２は、ロータ５を中心として環状に形成されている。そして、流路１２は、ロータ５の径方向外側から空気を吸い込み、吸い込んだ空気を軸方向へ向けて流通させた後、ロータ５の径方向外側に空気を排出する流路として構成される。具体的に、流路１２は、インペラ１１のディスク１１ａの小径側であるブレード１１ｂの前縁側から、各ブレード１１ｂ間を通過し、ロータ５の径方向外側に向かってディスク１１ａの大径側であるブレード１１ｂの後縁側に至る流路となっている。

燃焼器２０は、燃焼器ケーシング２４と、燃焼器ケーシング２４内に燃料を噴射する燃料ノズル２３とを有している。燃焼器ケーシング２４は、圧縮機ケーシング１４と一体となっており、その内部に、主圧力室２１と燃焼器室２２とを形成している。主圧力室２１は、ロータ５を中心として環状に形成され、圧縮機１０の流路１２と燃焼器室２２とを接続し、流路１２から排出された圧縮された空気を燃焼器室２２に導いている。燃焼器室２２は、ロータ５を中心として環状に形成され、主圧力室２１とタービン３０とを接続している。燃料ノズル２３は、燃焼器室２２に設けられ、燃焼器室２２内に燃料を噴射する。

タービン３０は、高圧タービン３１と、出力タービン３２と、バッフル４１とを有する。高圧タービン３１は、高圧側タービンノズル３３と、高圧側タービンディスク３４とを含んでいる。高圧側タービンノズル３３は、高圧側インナーケーシング３３ａと、高圧側アウターケーシング３３ｂと、高圧側インナーケーシング３３ａと高圧側アウターケーシング３３ｂとの間に設けられる複数の高圧側タービン静翼３３ｃとを備えている。高圧側インナーケーシング３３ａは、円筒状に形成され、ロータ５の径方向外側に設けられている。高圧側アウターケーシング３３ｂは、高圧側インナーケーシング３３ａよりも大径の円筒状に形成され、高圧側インナーケーシング３３ａの径方向外側に設けられている。複数の高圧側タービン静翼３３ｃは、ロータ５を中心として放射状に配置されている。この高圧側タービンノズル３３は、燃焼器２０の燃焼器室２２の出口側に接続されている。

高圧側タービンディスク３４は、ロータ５に取り付けられるディスク３４ａと、ディスク３４ａの周囲に放射状に配置された複数枚の高圧側タービン動翼３４ｂとを含んで構成されている。また、高圧側タービンディスク３４の周囲には、円筒状の高圧側シュラウド３７が設けられ、高圧側シュラウド３７の内面と各高圧側タービン動翼３４ｂの先端との間には、所定の隙間が設けられている。このため、高圧側シュラウド３７に収容される高圧側タービンディスク３４は、ロータ５を回転軸として、ロータ５と一体に回転する。この高圧側タービンディスク３４は、高圧側タービンノズル３３の出口側に接続されている。

出力タービン３２は、出力側タービンノズル３５と、出力側タービンディスク３６とを含んでいる。出力側タービンノズル３５は、出力側インナーケーシング３５ａと、出力側アウターケーシング３５ｂと、出力側インナーケーシング３５ａと出力側アウターケーシング３５ｂとの間に設けられる複数の出力側タービン静翼３５ｃとを備えている。出力側インナーケーシング３５ａは、円筒状に形成され、ロータ５の径方向外側に設けられている。出力側アウターケーシング３５ｂは、出力側インナーケーシング３５ａよりも大径の円筒状に形成され、出力側インナーケーシング３５ａの径方向外側に設けられている。複数の出力側タービン静翼３５ｃは、ロータ５を中心として放射状に配置されている。この出力側タービンノズル３５は、後述するバッフル４１の出口側に接続されている。

出力側タービンディスク３６は、ロータ５に取り付けられるディスク３６ａと、ディスク３６ａの周囲に放射状に配置された複数枚の出力側タービン動翼３６ｂとを含んで構成されている。また、出力側タービンディスク３６の周囲には、円筒状の出力側シュラウド３８が設けられ、出力側シュラウド３８の内面と各出力側タービン動翼３６ｂの先端との間には、所定の隙間が設けられている。このため、出力側シュラウド３８に収容される出力側タービンディスク３６は、ロータ５を回転軸として、ロータ５と一体に回転する。この出力側タービンディスク３６は、出力側タービンノズル３５の出口側に接続されている。

バッフル４１は、高圧タービン３１と出力タービン３２との間に設けられている。バッフル４１は、高圧タービン３１から第２タービンに流れる燃焼ガスＧのガス流路４５を形成している。バッフル４１は、内筒バッフル部材４２と、外筒バッフル部材４３とを有している。内筒バッフル部材４２は、円筒状に形成され、ロータ５の径方向外側に設けられている。外筒バッフル部材４３は、内筒バッフル部材４２よりも大径の円筒状に形成され、内筒バッフル部材４２の径方向外側に設けられている。内筒バッフル部材４２は、その外周面が、外筒バッフル部材４３と対向している。また、外筒バッフル部材４３は、その内周面が、内筒バッフル部材４２と対向している。このため、ガス流路４５は、ロータ５を中心として環状に形成されている。

上記のようなガスタービンエンジン１において、ロータ５が回転すると、圧縮機１０のインペラ１１が回転する。圧縮機１０は、インペラ１１が回転すると、外部から空気を吸い込むと共に、吸い込んだ空気を圧縮し、圧縮した空気を燃焼器２０へ向けて供給する。燃焼器２０は、圧縮された空気が供給されると、供給された空気を、主圧力室２１へ流入させ、主圧力室２１を通過させた後、燃焼器室２２へ流入させる。燃焼器２０は、燃料ノズル２３から燃焼器室２２内へ燃料を噴射し、燃焼器室２２内において、噴射した燃料と流入した空気とを混合させると共に燃焼させる。燃焼器室２２内において燃料が燃焼すると、高温の燃焼ガスＧが発生し、発生した燃焼ガスＧは、タービン３０に流入する。タービン３０は、流入した燃焼ガスＧを、高圧タービン３１へ流入させる。燃焼ガスＧが高圧タービン３１を通過すると、高圧側タービンディスク３４が回転することで、ロータ５を回転駆動させる。タービン３０は、高圧タービン３１を通過した燃焼ガスＧを、バッフル４１へ流入させる。燃焼ガスＧは、バッフル４１のガス流路４５を通過し、出力タービン３２に流入する。燃焼ガスＧが出力タービン３２を通過すると、出力側タービンディスク３６が回転することで、ロータ５を回転駆動させる。そして、タービン３０は、出力タービン３２を通過した燃焼ガスＧを排出する。以上により、ガスタービンエンジン１は、タービン３０の高圧タービン３１及び出力タービン３２において、ロータ５を回転駆動させ、ロータ５を回転させることで、圧縮機１０において、空気を圧縮することが可能となる。

次に、図２を参照して、バッフル４１の内筒バッフル部材４２周りの構成について詳細に説明する。図２は、実施例１に係るタービンのバッフルを示す断面図である。図２に示すように、内筒バッフル部材４２は、ガス流路４５側に設けられる第１分割バッフル部材５１と、ロータ５側（ガス流路４５の反対側）に設けられる第２分割バッフル部材５２と、連結部材５３と、第２分割バッフル部材５２に取り付けられるサブバッフル部材５４とを含んで構成されている。

第１分割バッフル部材５１は、ガス流路４５に沿って設けられる外周部（第１部位）５１ａと、外周部５１ａから第２分割バッフル部材５２側に向かって突出する第１連結部（第２部位）５１ｂと、外周部５１ａと第１連結部５１ｂとの接続部分から外周部５１ａとは反対側に突出する突起部（第３部位）５１ｃとを含んで一体に構成されている。

外周部５１ａは、燃焼ガスＧを案内する外周面を有し、円筒形状となっている。外周部５１は、高圧タービン３１側の端部が、第１連結部５１ｂに接続され、出力タービン３２側の端部が、出力側インナーケーシング３５ａに接続されている。第１連結部５１ｂは、リング状に形成されており、外周側の端部が外周部５１ａに接続されている。また、第１連結部５１ｂは、第２分割バッフル部材５２側となる先端側の部位が、第２分割バッフル部材５２と重複する重複部分Ｅ１となっている。突起部５１ｃは、外周部５１ａと第１連結部５１ｂとの接続部分において、外周側の面から高圧タービン３１側に突出する部位であり、高圧タービン３１と内筒バッフル部材４２との間の隙間を狭くするように設けられている。

図３に示すように、第１連結部５１ｂの重複部分Ｅ１には、第２分割バッフル部材５２に向かって突出する一対の突出部６１（図２の点線部）が形成されている。一対の突出部６１は、後述する連結部材５３を挟んで設けられている。

第２分割バッフル部材５２は、外周部５１ａと対向して設けられる内周部５２ａと、内周部５２ａから第１分割バッフル部材５１側に向かって突出する第２連結部５２ｂとを含んで一体に構成されている。

内周部５２ａは、円筒形状となっており、高圧タービン３１側の端部が、第２連結部５２ｂに接続され、出力タービン３２側の端部が、別体の支持部材に接続されている。第２連結部５２ｂは、リング状に形成されており、内周側の端部が内周部５２ａに接続されている。また、第２連結部５２ｂは、第１分割バッフル部材５１側となる先端側の部位が、第１分割バッフル部材５１と重複する重複部分Ｅ２となっている。

図３に示すように、第２連結部５２ｂの重複部分Ｅ２には、連結部材５３が挿通される挿通穴６２が貫通形成されている。挿通穴６２は、第１分割バッフル部材５１の一対の突出部６１の間に位置するように形成されている。そして、第１連結部５１ｂの重複部分Ｅ１と第２連結部５２ｂの重複部分Ｅ２とが径方向に亘って接触して重ね合わされる。このとき、第１連結部５１ｂは、出力タービン３２側に位置する一方で、第２連結部５２ｂは、高圧タービン３１側に位置している。このため、第１連結部５１ｂは、内側に配置される一方で、第２連結部５２ｂは、外側に配置される。

連結部材５３は、頭部及び軸部を有するボルト５３ａ及びナット５３ｂである。ボルト５３ａは、第２連結部５２ｂ側から第１連結部５１ｂ側へ向けて、挿通穴６２に挿通される。ナット５３ｂは、一対の突出部６１の間の距離よりも大きな径となっており、第１連結部５１ｂの出力タービン３２側に配置されている。このため、ボルト５３ａの頭部とナット５３ｂとの間には、高圧タービン３１側から順に、後述するサブバッフル部材５４の第３連結部５４ａと、第２分割バッフル部材５２の第２連結部５２ｂと、第１分割バッフル部材５１の第１連結部５１ｂとが接触して配置される。この連結部材５３は、ボルト５３ａ及びナット５３ｂを締結することで、第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２とが、ロータ５の軸方向及び周方向へ移動することを規制する。一方で、連結部材５３は、ボルト５３ａ及びナット５３ｂを締結することで、第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２とが、ロータ５の径方向（第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２とが対向する方向）に移動することを許容する。このため、第１連結部５１ｂ、第２連結部５２ｂ及び連結部材５３は、第１分割バッフル部材５１及び第２分割バッフル部材５２の径方向への熱膨張及び熱収縮による変形を許容するエキスパンション部７０として機能する。

サブバッフル部材５４は、高圧タービン３１と内筒バッフル部材４２との間の隙間を狭くするための部材である。このサブバッフル部材５４は、第２分割バッフル部材５２の第２連結部５２ｂと重ね合わされるリング形状の第３連結部５４ａと、第３連結部５４ａから外周側に湾曲する湾曲部５４ｂとを含んで一体に構成されている。第３連結部５４ａは、ボルト５３ａの頭部と第２連結部５２ｂとの間に位置して設けられ、ボルト５３ａが挿通される挿通穴６３が貫通形成されている。湾曲部５４ｂは、第３連結部５４ａから高圧タービン３１側に向かって延びた後、湾曲して出力タービン３２側に向かって延びている。

ここで、内筒バッフル部材４２には、第１分割バッフル部材５１の外周部５１ａに沿って流れる燃焼ガスＧによって熱が与えられる。この場合、内筒バッフル部材４２は、与えられる熱によって熱変形するが、エキスパンション部７０により、第１分割バッフル部材５１及び第２分割バッフル部材５２の径方向への熱変形を許容する。これにより、エキスパンション部７０は、熱変形を許容することで、熱応力を抑制できる。一方で、内筒バッフル部材４２は、与えられる熱により所定の部位に熱応力が発生する。例えば、所定の部位としては、第１連結部５１ｂと第２連結部５２ｂとの重複部分Ｅ１である。このため、実施例１では、内筒バッフル部材４２に、熱容量として機能する厚肉部５６が設けられている。

厚肉部５６は、第１分割バッフル部材５１の第１連結部５１ｂに設けられている。具体的に、厚肉部５６は、径方向において、連結部材５３よりもガス流路４５側の第１連結部５１ｂに設けられている。このため、第１連結部５１ｂは、その基端側に厚肉部５６が設けられ、その先端側に第２連結部５２ｂとの重複部分Ｅ１が設けられる。また、厚肉部５６は、第２連結部５２ｂが重ね合わされる面とは反対側の面、つまり、出力タービン３２側の面から突出して設けられている。このように、厚肉部５６は、第１連結部５１ｂと第２連結部５２ｂとの重複部分Ｅ１に対してガス流路４５側に設けられることから、重複部分Ｅ１への熱応答を遅くすることができる。

第１連結部５１ｂは、厚肉部５６が設けられる部位の軸方向における厚さＤ１が、厚肉部５６が設けられていない第２連結部５２ｂとの重複部分Ｅ１の軸方向における厚さＤ２に比して厚くなっている。

図４は、実施例１のバッフルの厚肉部における板厚比率に応じて変化する応力比率のグラフである。図４に示すグラフは、その横軸が、厚さＤ１と厚さＤ２との板厚比率（Ｄ１／Ｄ２）であり、その縦軸が、所定の部位（例えば、重複部分Ｅ１）に加わる応力比率である。応力比率は、板厚比率が１のとき、つまり、厚さＤ１と厚さＤ２とが同じ厚さのときに、所定の部位に加わる熱応力を１とした場合の比率となっている。

図４のグラフに示すように、板厚比率を大きくすればするほど、応力比率が低減する。つまり、板厚比率を大きくすれば、厚肉部５６の厚さＤ１が重複部分の厚さＤ２に比して厚くなるため、厚肉部５６の熱容量が大きなものとなり、重複部分への熱応答を遅くできる。このため、板厚比率は、１より大きいことが好ましい。

一方で、板厚比率を大きくしてしまうと、厚肉部５６の厚さＤ１が厚くなることから、内筒バッフル部材４２の重量が増加する。このため、内筒バッフル部材４２の質量増加を抑制しつつ、熱応力の低減を図るべく、板厚比率は、１．５倍以上３．５倍以下とすることが好ましい。また、板厚比率は、２．０倍がより好ましい。

以上のように、実施例１の構成によれば、第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２とを連結部材５３で連結することで、第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２との径方向における移動を許容することができるため、熱応力を逃がすことができる。このとき、連結部材５３よりもガス流路４５側（外周側）の第１分割バッフル部材５１に厚肉部５６を設けることで、厚肉部５６の熱容量を大きくすることができる。このため、厚肉部５６から、熱応力が発生し易い部位への熱応答が遅れることから、第１分割バッフル部材５１に対する熱応力を抑制することができる。このとき、第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２との径方向における移動により熱応力を逃がすことができる分、厚肉部５６の熱容量を小さくできることから、厚肉部５６の質量の増大を抑制しつつ、熱応力を抑制することができる。

また、実施例１の構成によれば、連結部材５３よりもガス流路４５側（基端側）の第１連結部５１ｂに厚肉部５６を設けることができるため、厚肉部５６とは反対側（先端側）の重複部分Ｅ１に発生する熱応力を効果的に抑制することができる。

また、実施例１の構成によれば、厚肉部５６は、第１分割バッフル部材５１の第１連結部５１ｂを挟んで第２分割バッフル部材５２の第２連結部５２ｂの反対側（出力タービン３２側）に設けることができるため、厚肉部５６と第２連結部５２ｂとの物理的な干渉を抑制することができる。

また、実施例１の構成によれば、厚肉部５６における第１連結部５１ｂの厚さＤ１は、重複部分Ｅ１における第１連結部５１ｂの厚さＤ２の１．５倍以上３．５倍以下とすることができる。このため、厚肉部５６の厚さＤ１を、最適な厚さ、つまり質量の増大と熱応力の抑制とがバランスする厚さにすることができる。

次に、図５を参照して、実施例２に係るタービン１００について説明する。図５は、実施例２に係るタービンのバッフルを示す断面図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１の内筒バッフル部材４２は、第１分割バッフル部材５１の第１連結部５１ｂの基端部に厚肉部５６を設けた。これに対し、実施例２の内筒バッフル部材１０１は、第１分割バッフル部材５１の第１連結部５１ｂと突起部５１ｃとの間に厚肉部１０５を設けている。以下、実施例２に係るタービン１００の内筒バッフル部材１０１の厚肉部１０５について説明する。

図５に示すように、厚肉部１０５は、第１連結部５１ｂと突起部５１ｃとの間に設けられ、所定の隙間を空けて第２分割バッフル部材５２の第２連結部５２ｂに対向して設けられている。具体的に、厚肉部１０５は、径方向において、連結部材５３よりもガス流路４５側に設けられている。このため、第１連結部５１ｂは、その基端側に厚肉部１０５が設けられ、その先端側に第２連結部５２ｂとの重複部分Ｅ１が設けられる。また、厚肉部１０５は、第１連結部５１ｂの第２連結部５２ｂ側となる面、つまり、第１連結部５１ｂの高圧タービン３１側の面と、突起部５１ｃの径方向内側の面との間に設けられている。そして、厚肉部１０５は、第１連結部５１ｂと突起部５１ｃと一体に設けられている。このように、厚肉部１０５は、第１連結部５１ｂと第２連結部５２ｂとの重複部分Ｅ１に対してガス流路４５側に設けられることから、重複部分Ｅ１への熱応答を遅くすることができる。

ここで、厚肉部１０５と第２連結部５２ｂとが対向する径方向において、厚肉部１０５が設けられる部位の厚さＤ３は、厚肉部１０５と第２連結部５２ｂとの隙間の長さＬ１に比して厚くなっている。また、隙間の長さＬ１は、内筒バッフル部材１０１の外周における半径の０．０２倍以上０．０７倍以下となっていることが好ましい。このとき、内筒バッフル部材１０１の外周の半径は、径方向において、厚肉部１０５と第２連結部５２ｂとが対向している方向を基準としている。また、隙間の長さＬ１は、内筒バッフル部材１０１の外周における半径の０．０２５倍であることがより好ましい。この厚肉部１０５は、径方向内側の面の一部が、軸方向に平らな平坦面となっている。

以上のように、実施例２の構成によれば、第１連結部５１ｂと突起部５１ｃとの間に厚肉部１０５を設けることができる。このため、連結部材５３よりもガス流路４５側（基端側）に厚肉部１０５を設けることができるため、厚肉部１０５よりも先端側の重複部分Ｅ１に発生する熱応力を抑制することができる。

また、実施例２の構成によれば、厚肉部１０５の厚さＤ３を、隙間の長さＬ１に比して厚くすることができるため、厚肉部１０５の熱容量を大きくしつつ、厚肉部１０５と第２分割バッフル部材５２の第２連結部５２ｂとの物理的な干渉を抑制することができる。

また、実施例２の構成によれば、隙間の長さＬ１を、内筒バッフル部材４２の外周における半径の０．０２倍以上０．０７倍以下とすることができる。このため、隙間の長さＬ１よりも厚くなる厚肉部１０５の厚さを、最適な厚さ、つまり質量の増大と熱応力の抑制とがバランスする厚さにすることができる。

次に、図６及び図７を参照して、実施例３に係るタービン１１０について説明する。図６は、実施例３に係るタービンのバッフルにおける一対の突起部を軸方向から見たときの正面図である。図７は、実施例３のバッフルの一対の突起部における曲率半径に応じて変化する熱応力のグラフである。なお、実施例３でも、実施例１及び２と重複する記載を避けるべく、実施例１及び２と異なる部分についてのみ説明する。実施例１及び２では、厚肉部５６，１０５を設けることで、熱応力を抑制したが、実施例３では、一対の突出部６１の形状を、熱応力を抑制可能な形状としている。

図６に示すように、一対の突出部６１は、第１連結部５１ｂの径方向内側に設けられており、連結部材５３を挟んで両側に設けられている。各突出部６１は、連結部材５３側（内側）の基端部が曲面（以下、内側曲面Ｐ１という）に形成されている。また、各突出部６１は、連結部材５３とは反対側（外側）の基端部が曲面（以下、外側曲面Ｐ２という）に形成されている。ここで、軸方向から見たときの内側曲面Ｐ１の曲線における曲率半径（第１の曲率半径）をｒとし、軸方向から見たときの外側曲面Ｐ２の曲線における曲率半径（第２の曲率半径）をＲとする。

図７に示すグラフは、その横軸が、曲率半径Ｒと曲率半径ｒとの半径比率（Ｒ／ｒ）であり、その縦軸が、突出部６１の基端部における内側と外側とに加わる応力比率である。また、応力σ１は、半径比率に応じて変化する、突出部６１の基端部の外側に加わる応力であり、応力σ２は、半径比率に応じて変化する、突出部６１の基端部の内側に加わる応力である。応力比率は、内側に加わる応力と、外側に加わる応力とが同じ応力である場合に１となる。なお、応力σ１及び応力σ２は、プロットした計測点に基づいて、線形で求めたものである。

図７のグラフに示すように、半径比率が、応力比率が１となる所定の半径比率よりも小さくなると、つまり、曲率半径Ｒが小さくなったり、曲率半径ｒが大きくなったりすると、突出部６１の基端部の外側に加わる応力σ１は大きくなる一方で、突出部６１の基端部の内側に加わる応力σ２は小さくなる。また、半径比率が、応力比率が１となる所定の半径比率よりも大きくなると、つまり、曲率半径Ｒが大きくなったり、曲率半径ｒが小さくなったりすると、突出部６１の基端部の外側に加わる応力σ１は小さくなる一方で、突出部６１の基端部の内側に加わる応力σ２は大きくなる。

ここで、曲率半径Ｒは、曲率半径ｒの３．５倍以上５．５倍以下であることが好ましい。つまり、半径比率は、３．５以上５．５以下であることが好ましい。このとき、半径比率は、４．４となることがより好ましい。

以上のように、実施例３の構成によれば、突出部６１の基端部における外側の曲率半径Ｒと、突出部６１の基端部における内側の曲率半径ｒとを、所定の半径比率とすることができる。このため、一対の突出部６１の基端部に加えられる応力をバランスさせることができるため、応力を抑制することができる。

なお、実施例３では、一対の突出部６１の半径比率を所定の半径比率としたが、この所定の半径比率を、実施例１または２に適宜組み合わせてもよい。

次に、図８を参照して、実施例４に係るタービン１２０について説明する。図８は、実施例４に係るタービンのバッフルを示す断面図である。なお、実施例４でも、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１では、第１分割バッフル部材５１の重複部分Ｅ１と、第２分割バッフル部材５２の重複部分Ｅ２とを径方向に亘って接触させたが、実施例４では、第１分割バッフル部材５１の重複部分Ｅ１の一部と、第２分割バッフル部材５２の重複部分Ｅ２の一部とを離して設けている。以下、実施例４に係るタービン１２０の内筒バッフル部材１２１について説明する。

図８に示すように、内筒バッフル部材１２１において、第１分割バッフル部材５１の第１連結部５１ｂは、重複部分Ｅ１のガス流路４５側（基端側）の部位１２５が第２連結部５２ｂに接触して設けられる一方で、重複部分Ｅ１のガス流路４５の反対側（先端側）の部位１２６が第２連結部５２ｂから離して設けられている。このため、重複部分Ｅ１における基端側の部位１２５は、第２連結部５２ｂと周方向に亘って接触する。一方で、重複部分Ｅ１における先端側の部位１２６は、第２連結部５２ｂと所定の隙間を空けて設けられている。このため、重複部分Ｅ１の先端側の部位１２６は、所定の隙間の分だけ、出力タービン３２側に突出して設けられる。

以上のように、実施例４の構成によれば、第１分割バッフル部材５１の重複部分Ｅ１における先端側の部位１２６を離すことができる。ここで、第１分割バッフル部材５１の重複部分Ｅ１における先端側の部位１２６が、第２分割バッフル部材５２に接触している場合、第１分割バッフル部材５１の重複部分Ｅ１における先端側の部位１２６が、第２分割バッフル部材５２へ押圧すると、第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２との間に隙間が形成される。しかしながら、第１分割バッフル部材５１の重複部分Ｅ１における先端側の部位１２６を離しているため、重複部分Ｅ１が温度差または圧力差等により変形する場合であっても、重複部分Ｅ１の先端側の部位１２６が、第２分割バッフル部材５２を押圧することがない。このため、第１分割バッフル部材５１の重複部分Ｅ１における基端側の部位１２６と、第２分割バッフル部材５２との接触を維持することができる。よって、第１分割バッフル部材５１と第２分割バッフル部材５２との間の隙間の形成を抑制することができ、内筒バッフル部材１２１周りにおける主流ガスの漏洩を抑制することができる。

なお、実施例４では、第１連結部５１ｂの重複部分Ｅ１における先端側の部位１２６を、第２連結部５２ｂから離しているが、この構成を、実施例１から３に適宜組み合わせてもよい。

１ ガスタービンエンジン
５ ロータ
１０ 圧縮機
１１ インペラ
１１ａ ディスク
１１ｂ ブレード
１２ 流路
１４ 圧縮機ケーシング
２０ 燃焼器
２１ 主圧力室
２２ 燃焼器室
２３ 燃料ノズル
２４ 燃焼器ケーシング
３０ タービン
３１ 高圧タービン
３２ 出力タービン
３３ 高圧側タービンノズル
３３ａ 高圧側インナーケーシング
３３ｂ 高圧側アウターケーシング
３３ｃ 高圧側タービン静翼
３４ 高圧側タービンディスク
３４ａ ディスク
３４ｂ 高圧側タービン動翼
３５ 出力側タービンノズル
３５ａ 出力側インナーケーシング
３５ｂ 出力側アウターケーシング
３５ｃ 出力側タービン静翼
３６ 出力側タービンディスク
３６ａ ディスク
３６ｂ 出力側タービン動翼
３７ 高圧側シュラウド
３８ 出力側シュラウド
４１ バッフル
４２ 内筒バッフル部材
４３ 外筒バッフル部材
４５ ガス流路
５１ 第１分割バッフル部材
５１ａ 外周部
５１ｂ 第１連結部
５１ｃ 突起部
５２ 第２分割バッフル部材
５２ａ 内周部
５２ｂ 第２連結部
５３ 連結部材
５４ サブバッフル部材
５４ａ 第３連結部
５４ｂ 湾曲部
６１ 突出部
７０ エキスパンション部
１００ タービン（実施例２）
１０１ 内筒バッフル部材（実施例２）
１０５ 厚肉部（実施例２）
１１０ タービン（実施例３）
１２０ タービン（実施例４）
１２１ 内筒バッフル部材（実施例４）
１２５ 重複部分の基端側の部位（実施例４）
１２６ 重複部分の先端側の部位（実施例４）
Ｅ１ 第１連結部の重複部分
Ｅ２ 第２連結部の重複部分
Ｄ１ 厚肉部の厚さ
Ｄ２ 重複部分の厚さ
Ｄ３ 厚肉部の厚さ（実施例２）
Ｌ１ 隙間（実施例２）
Ｐ１ 内側曲面（実施例３）
Ｐ２ 外側曲面（実施例３）
Ｒ 曲率半径（実施例３）
ｒ 曲率半径（実施例３）

Claims (9)

1. 内筒バッフル部材と、前記内筒バッフル部材の外側に設けられる外筒バッフル部材とを有し、前記内筒バッフル部材と前記外筒バッフル部材との間に主流ガスが流通するガス流路を形成するバッフルを備えるタービンにおいて、
   前記内筒バッフル部材は、
   前記ガス流路側に設けられる第１分割バッフル部材と、
   前記第１分割バッフル部材を挟んで、前記ガス流路の反対側に設けられる第２分割バッフル部材と、
   前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材とを重ね合わせた重複部分を連結すると共に、前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材との対向する方向における相対的な移動を許容する連結部材と、
   前記連結部材よりも前記ガス流路側の前記第１分割バッフル部材に設けられる厚肉部と、を備え、
   前記第１分割バッフル部材は、
   前記ガス流路に沿って設けられる第１部位と、
   前記第１部位から前記第２分割バッフル部材へ向かって突出する、先端部に前記重複部分が設けられる第２部位と、を有し、
   前記厚肉部は、前記第２部位の基端部に設けられ、前記第２部位の先端部の前記重複部分における厚さよりも厚くなっており、前記第２分割バッフル部材と重ね合わせられる前記第１分割バッフル部材の重ね合わせ面とは反対側の面から突出して設けられていることを特徴とするタービン。
2. 前記厚肉部における前記第２部位の厚さは、前記重複部分における前記第２部位の厚さの１．５倍以上３．５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記第１分割バッフル部材は、
   前記第１部位と前記第２部位との接続部分から、前記第１部位の反対側へ突出する第３部位を、さらに有し、
   前記厚肉部は、前記第２部位と前記第３部位との間に設けられ、所定の隙間を空けて前記第２分割バッフル部材に対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
4. 前記厚肉部の厚さは、前記厚肉部と前記第２分割バッフル部材とが対向する方向において、前記隙間の長さに比して長いことを特徴とする請求項３に記載のタービン。
5. 前記隙間の長さは、前記内筒バッフル部材の外周における半径の０．０２倍以上０．０７倍以下であることを特徴とする請求項３または４に記載のタービン。
6. 前記第１分割バッフル部材の前記重複部分は、前記連結部材を挟んで設けられる一対の突出部を含み、
   前記突出部は、前記連結部材側の基端部において第１の曲率半径となる曲面と、前記連結部材側とは反対側の基端部において第２の曲率半径となる曲面とを有し、
   前記第２の曲率半径は、前記第１の曲率半径の３．５倍以上５．５倍以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のタービン。
7. 前記第１分割バッフル部材は、前記重複部分の前記基端側の部位を前記第２分割バッフル部材に接触させて設けられる一方で、前記重複部分の前記先端側の部位を前記第２分割バッフル部材から離して設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のタービン。
8. 内筒バッフル部材と、前記内筒バッフル部材の外側に設けられる外筒バッフル部材とを有し、前記内筒バッフル部材と前記外筒バッフル部材との間に主流ガスが流通するガス流路を形成するバッフルを備えるタービンにおいて、
   前記内筒バッフル部材は、
   前記ガス流路側に設けられる第１分割バッフル部材と、
   前記第１分割バッフル部材を挟んで、前記ガス流路の反対側に設けられる第２分割バッフル部材と、
   前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材とを重ね合わせた重複部分を連結すると共に、前記第１分割バッフル部材と前記第２分割バッフル部材との対向する方向における相対的な移動を許容する連結部材と、を備え、
   前記第１分割バッフル部材は、
   前記ガス流路に沿って設けられる第１部位と、
   前記第１部位から前記第２分割バッフル部材へ向かって突出する、先端部に前記重複部分が設けられる第２部位と、を有し、
   前記重複部分は、前記連結部材を挟んで設けられる一対の突出部を含み、
   前記突出部は、前記連結部材側の基端部において第１の曲率半径となる曲面と、前記連結部材側とは反対側の基端部において第２の曲率半径となる曲面とを有し、
   前記第２の曲率半径は、前記第１の曲率半径の３．５倍以上５．５倍以下であることを特徴とするタービン。
9. 取り込んだ空気を圧縮する圧縮機と、
   燃料を噴射すると共に、噴射された前記燃料と圧縮された前記空気とを混合させて燃焼させる燃焼器と、
   前記燃料を燃焼させることで発生した前記主流ガスによって回転する、請求項１から８のいずれか１項に記載のタービンと、を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。

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