JP6132786B2 - クリアランス調整装置、タービン装置 - Google Patents
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Description
そこで、特許文献1には、分割環の外周側に、径方向に熱膨張変形する細長い部材を備え、この細長い部材を電熱器で加熱することによってその膨張を制御し、分割環と動翼とのクリアランスを調整する構成が開示されている。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、クリアランスを効率良く調整し、タービン性能を向上させることができるクリアランス調整装置を提供することを目的とする。
この発明に係るクリアランス調整装置は、タービン装置の車室内で、動翼の先端にクリアランスを介して配置された分割環を径方向に移動させることで、前記クリアランスを調整するクリアランス調整装置であって、供給される流体による温度変化によって伸縮する伸縮部材と、前記伸縮部材の伸縮量を増幅させるとともに、前記伸縮部材の伸縮による変位を前記径方向の変位に変換して前記分割環に伝達することで、前記分割環を前記径方向に移動させるリンク機構と、を備え、前記伸縮部材は、前記車室の軸方向に伸縮するよう設けられ、前記リンク機構は、中間部が前記車室に回動自在に連結され、前記中間部から前記径方向に延びる第一アーム部と、前記中間部から前記径方向に直交する前記軸方向に延び、前記分割環側に連結された第二アーム部と、を有したリンク部材を備え、前記伸縮部材は、一端部が前記車室に回動自在に連結され、他端部が前記第一アーム部に回動自在に連結され、前記リンク部材は、長手方向の長さが前記第一アーム部よりも前記第二アーム部が長く形成されている。
ここで、伸縮部材の伸縮が、リンク機構により増幅される。したがって、流体の温度変化に対する分割環の移動量を大きくすることができる。
これに対し、この発明に係るクリアランス調整装置では、伸縮部材は車室の軸方向に伸縮するので、伸縮部材の伸縮を効率良くリンク機構を介して分割環に伝達することができる。
このように構成することで、伸縮部材を伸縮させるための熱源が別途不要となる。
このように構成することで、伸縮部材は、体積を小さくして温度変化を迅速に生じさせることができる。
このように構成することで、車室内の温度変化による車室の伸縮よりも、伸縮部材の伸縮を効率良く、かつ確実に生じさせることができる。
このように構成することで、車室内の空気の温度変化によって車室よりも先に伸縮部材に熱が伝わり変形してしまうことを抑制できる。
このように構成することで、車室内の温度変化とは別に、適宜の所望のタイミングで伸縮部材を伸縮させて分割環の位置を調整することができる。
このように構成することで、温度調整空気供給路で空気の温度を調整して伸縮部材に供給することで、伸縮部材の伸縮量を自在に調整することができる。
このような構成とすることで、タービン装置は、クリアランス調整装置によって分割環を径方向に移動させることで、動翼の先端とのクリアランスを調整することができる。そして、伸縮部材の伸縮が、リンク機構により増幅されため、流体の温度変化に対する分割環の移動量を大きくすることができる。
(第一実施形態)
図1は、ガスタービンの概略を示す全体構成図である。図2は、ガスタービン1のタービン部4に関する内部構造を示す断面図である。図3は、分割体21に対するリンク機構82の連結構造を示す斜視図である。
図1に示すように、ガスタービン(タービン装置)1は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機2と、圧縮機2から送られてきた圧縮空気に燃料FLを噴射して燃焼させ、燃焼ガスを発生させる燃焼器3と、この燃焼器3の燃焼ガスの流れ方向の下流側に設けられ、燃焼器3を出た燃焼ガスにより駆動されるタービン部4と、発電機6と、圧縮機2とタービン部4と発電機6を一体に連結する回転軸5と、を備えている。
係合溝31は、フック23の厚さT1に対し、車室径方向に大きな開口寸法T2を有している。これにより、分割体21は、遮熱環30に対し、車室径方向に移動自在となっている。
伸縮部材81は、長方形状の板材または棒状材からなる。伸縮部材81は、供給される流体である空気による温度変化によって伸縮する。伸縮部材81は、その一端部81aが翼環9に形成された支持ブラケット83に、ピンP1を介して回動自在に連結されている。これにより、伸縮部材81は、翼環9の中心軸と平行で径方向を含む面内で回動自在とされている。伸縮部材81は、他端部81bが後述するリンク機構82のリンク部材85の第一アーム部85aにピンP2を介して回動自在に連結されている。
伸縮部材81は、静翼7bを冷却するために静翼環7の外周側を流れる空気である車室空気の流路10内に設けられている。
リンク部材85は、互いに直交する第一アーム部85aと第二アーム部85bとを備えた略L字状をなした板材からなる。リンク部材85は、第一アーム部85aと第二アーム部85bとの中間部85cが翼環9に設けられた支持ブラケット87にピンP3を介して回動自在に連結されている。第一アーム部85aは、中間部85cから車室径方向外周側(第一の方向)に延び、第二アーム部85bは、中間部85cから車室軸方向(第一の方向に直交する第二の方向)に延びるよう形成されている。上記の伸縮部材81の他端部81bは、第一アーム部85aの端部に、ピンP2を介して回動自在に連結されている。
このようなリンク部材85は、中間部85cを中心として、翼環9の中心軸と平行で径方向を含む面内に沿って揺動自在とされている。
図3に示すように、分割体21の本体22の背面22aには、互いに平行に形成されたフック23,23の間を繋ぐ一対のリブ25,25が一体に形成されている。ジョイント部材86の他端部は、リブ25,25間に挿入され、ピンP5により分割体21に対して回動自在に連結されている。
車室空気の温度が上昇すると、伸縮部材81は車室軸方向に伸長する。すると、伸縮部材81の一端部81aが翼環9に連結されているため、伸縮部材81の伸長に伴って、他端部81bが一端部81aから離間する方向(厳密には、ピンP3を中心とした旋回方向)に変位する。これにより、伸縮部材81の他端部81bに連結されたリンク部材85の第一アーム部85aが変位し、リンク部材85は、中間部85cのピンP3を中心として、第二アーム部85bが車室径方向内周側に向けて揺動する。その結果、第二アーム部85bに連結されたジョイント部材86を介し、分割体21が動翼8bの先端に近づくように車室径方向内周側に変位する。
また、車室空気の温度が低下すると、伸縮部材81は車室軸方向に短縮する。すると、伸縮部材81の他端部81bが一端部81aに接近する方向に変位する。これにより、リンク部材85の第一アーム部85aが変位し、リンク部材85は、中間部85cのピンP3を中心として、第二アーム部85bが車室径方向外周側に向けて揺動する。その結果、第二アーム部85bに連結されたジョイント部材86を介し、分割体21が動翼8bの先端から離れるように車室径方向外周側に変位する。
このようにすると、温度変化の過程で、温度変化にともなう車室の動翼8bと静翼7bの1段分における軸方向の伸縮量よりも、伸縮部材81の伸縮量が大きくなる。
ここで、伸縮部材81の伸縮が、リンク機構82により増幅される。したがって、車室空気の温度変化に対する分割体21の移動量を大きくすることができる。
その結果、クリアランスCを効率良く調整し、タービン性能を向上させることができる。
また、このようなリンク部材85は、第一アーム部85aと第二アーム部85bとの長さの比であるレバー比を適宜設定することで、伸縮部材81の伸縮量に対する分割体21の変位量を大きくする等の調整を容易に行うことができる。
これにより、車室内の周方向で温度分布が異なる場合にも、それぞれの分割体21の部位における温度変化に応じて、クリアランスCを調整することができる。
次に、この発明にかかるクリアランス調整機構およびタービン装置の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と、空気供給部100Aを備えている構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分には同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図4は、上記クリアランス調整機構の第二実施形態における構成を示す断面図である。
図4に示すように、この実施形態におけるガスタービン1は、車室内の空気の少なくとも一部を取り出し、伸縮部材81に供給する空気供給部100Aを備えている。
例えば、定常運転状態になったときに、制御部103により流量調整弁102を開き、伸縮部材81に温められた車室空気を供給する。すると、伸縮部材81が伸長し、リンク機構82を介して分割体21を内周側に変位させ、クリアランスCを小さくし、運転効率を高めることができる。
この場合、ガスタービン1が定常状態になる前に、冷却空気を取り入れて伸縮部材81を収縮させることによって、分割体21を外周側に変位させ、クリアランスCが過少となるのを抑えることもできる。
次に、この発明にかかるクリアランス調整機構およびタービン装置の第三実施形態について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一、第二実施形態と、空気供給部100Bを備える構成のみが異なるので、第一、第二実施形態と同一部分には同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図5は、クリアランス調整機構の第三実施形態における構成を示す断面図である。
図5に示すように、この実施形態におけるガスタービン1は、車室内の空気の少なくとも一部を取り出し、伸縮部材81に供給する空気供給部100Bを備えている。
例えば、起動時には、切換弁203により、車室から抽気した車室空気を温度調整空気供給路202に通して冷却器202aにより冷却し、伸縮部材81が設けられている空間210に供給する。すると、伸縮部材81が冷却され、起動時の車室内における温度上昇による伸縮部材81の伸長を抑えることができる。これにより、分割体21が内周側に変位するのを抑え、動翼8bとのクリアランスCが過少となるのを確実に防ぐ。
また、定常運転時には、切換弁203により、温められた車室空気を車室から抽気して空気供給路201を通して、伸縮部材81に供給する。すると、伸縮部材81が加熱されて伸長し、リンク機構82を介して分割体21を内周側に変位させる。これにより、クリアランスCを小さくし、運転効率を高めることができる。
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、分割環20において周方向に複数設けられた分割体21のそれぞれにクリアランス調整機構80を備えるようにしたが、分割体21の部位に応じて、リンク部材85のレバー比を異ならせても良い。
また、伸縮部材81やリンク部材85の形状、材質等については、クリアランス調整機構80における効果が同様に得られるのであれば、いかなるものとしても良い。
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン部
5 回転軸
6 発電機
7 静翼環
7a 環状体
7b 静翼
8 動翼環
8b 動翼
9 翼環
9a 内周面
10 流路
20 分割環
21 分割体
22 本体
22a 背面
22b チップ面
23 フック
23a リブ
23b 突出部
25 リブ
30 遮熱環
31 係合溝
33 孔
80 クリアランス調整機構(クリアランス調整装置)
81 伸縮部材
81a 一端部
81b 他端部
82 リンク機構
83 支持ブラケット
85 リンク部材
85a 第一アーム部
85b 第二アーム部
85c 中間部
86 ジョイント部材
87 支持ブラケット
90 熱緩衝部材
100A 空気供給部
100B 空気供給部
101 空気供給路
102 流量調整弁(空気量調整手段)
103 制御部
104 隔壁
201 空気供給路
202 温度調整空気供給路
202a 冷却器(空気温度調整手段)
203 切換弁
204 制御部
210 空間
C クリアランス
FG 燃焼ガス
FL 燃料
P1〜P5 ピン
Claims (8)
- タービン装置の車室内で、動翼の先端にクリアランスを介して配置された分割環を径方向に移動させることで、前記クリアランスを調整するクリアランス調整装置であって、
供給される流体による温度変化によって伸縮する伸縮部材と、
前記伸縮部材の伸縮量を増幅させるとともに、前記伸縮部材の伸縮による変位を前記径方向の変位に変換して前記分割環に伝達することで、前記分割環を前記径方向に移動させるリンク機構と、
を備え、
前記伸縮部材は、前記車室の軸方向に伸縮するよう設けられ、
前記リンク機構は、中間部が前記車室に回動自在に連結され、前記中間部から前記径方向に延びる第一アーム部と、前記中間部から前記径方向に直交する前記軸方向に延び、前記分割環側に連結された第二アーム部と、を有したリンク部材を備え、
前記伸縮部材は、一端部が前記車室に回動自在に連結され、他端部が前記第一アーム部に回動自在に連結され、
前記リンク部材は、長手方向の長さが前記第一アーム部よりも前記第二アーム部が長く形成されているクリアランス調整装置。 - 前記伸縮部材は、静翼を冷却する車室空気の流路内に設けられている請求項1に記載のクリアランス調整装置。
- 前記伸縮部材は、前記伸縮部材の伸縮方向に長いプレート状または棒状をなしている請求項1または請求項2に記載のクリアランス調整装置。
- 前記伸縮部材は、前記車室よりも線膨張係数の高い材料により形成されている請求項1から3の何れか一項に記載のクリアランス調整装置。
- 前記伸縮部材と前記車室内の空気とを隔離する隔離部が設けられている請求項1から4の何れか一項に記載のクリアランス調整装置。
- 前記車室内から取り出した空気または外部空気を、前記伸縮部材が設けられた空間に供給する空気供給路と、
前記空気供給路における空気供給量を調整する空気量調整手段と、をさらに備える請求項1から5の何れか一項に記載のクリアランス調整装置。 - 前記車室内から取り出した空気または外部空気の温度を調整して前記伸縮部材が設けられた空間に供給する温度調整空気供給路をさらに備える請求項1から6の何れか一項に記載のクリアランス調整装置。
- 請求項1から7の何れか一項に記載のクリアランス調整装置を備えたタービン装置。
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2014
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