JP6258493B2 - 挿入要素、リングセグメント、ガスタービン、取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンおよび取り付け方法に関するものである。

ガスタービンのタービンのロータブレード列がブレードエアフォイルの上端においてシュラウドと称される部材を有することは広く知られている。

特許文献１には、ガスタービンのロータブレードの外周の周りに配置される環形状のリングセグメントが開示される。このリングセグメントは、ブレードリングと、メインシャフトと、複数の個別ユニットを備えるロータブレードとを備える。該ユニットは、これらユニットがメインシャフトの周方向に取り囲むように配置されかつこれらユニットの内周面がロータブレードの先端から一定の距離をおいてガイドされるように、環形状を規定する。このとき個々のユニットは、互いに対向するようにタービンのメインシャフトの軸方向に沿って延在するくぼみを形成する。リングセグメントは、シーリングプレートと、該シーリングプレートよりもさらに半径方向内側のポジションに形成される接触面とをさらに備える。シーリングプレートは、隣接する個別ユニットのペアが互いに接続されるように対向するくぼみの各ペアに係合される。接触面は、軸方向および経方向に延在しておりかつ互いに接触している。

特許文献２には、ガスタービンのリングセグメントのための冷却システムが開示される。この冷却システムは、複数の小孔を有する衝突板と、衝突板とセグメント本体の主要部分とによって包囲される冷却空間と、回転軸の軸方向に直交して設けられるように燃焼ガスの流動方向においてセグメント本体の下流端ポジションに配置される第１のキャビティと、冷却空間と第１のキャビティとに接続される第１の冷却ダクトと、燃焼ガスの流動方向においてセグメント本体の下流端ポジションに配置される燃焼チャンバと第１のキャビティとに接続される第２の冷却ダクトと、を備える。

特許文献３によって、ガスタービンのための冷却タービンリングセグメントが公知となっている。該セグメントは、内面と外面と上流フランジと下流フランジとを有する軸方向に配向されたシュラウドリングセグメントを備える。フランジは、エンジンのケーシング内にシュラウドリングを保持する。有孔の冷却空気衝突板が、上流フランジと下流フランジとの間におけるシュラウドリングの外面に設けられており、衝突板と外面との間に衝突チャンバが規定される。リングセグメントにおける軸方向の冷却孔は、衝突チャンバと流出口との間に延在している。中空の隣接する複数の流出口は、ガイドベーンを冷却するために流出口からの冷却空気を下流ガイドベーンの方向にガイドする。

シュラウドは、例えばメンテナンスまたは試験を目的として実施されるロータブレード列への作業中に、カバーリフトと称される工程（つまり上側ケーシング部分全体を持ち上げる工程）の実施を余儀なくさせる。カバーリフトは非常に手間がかかる。

米国特許出願公開第２００４／０４７７２５号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０４４８０５号明細書 米国特許出願公開第２００４／１２０８０３号明細書

本発明は、こうした欠点を解消し、ガスタービン内にシュラウドを設けることなくロータブレード列を作動できるような挿入要素、リングセグメント、ガスタービンおよび取り付け方法を提供するという目的に基づく。

この問題は、特許請求の範囲の請求項１に記載のガスタービン、および請求項６に記載の取り付け方法によって達成される。本発明の有利な改良点は従属請求項で特定されかつ本明細書で説明される。

本発明によれば、複数のロータブレード列のガスタービンであって、１つのロータブレード列が他のロータブレード列の下流に配置されている場合に、ロータブレード列周りに複数のリングセグメントから形成されるリングが配置され、少なくとも１つのリングセグメントが、リングセグメント本体と挿入要素とを備えており、ガスタービンのタービンのリングセグメント本体の凹部をカバーするための挿入要素は、凹状の前面と、後面形状を備える後面とする、ガスタービンが提供される。後面形状は、凹部の凹部形状の反対形状に対応する。このとき凹部はリングセグメント本体の高温ガス側に配置される。凹部に基づいて、リングセグメント本体は、シュラウドを有するロータ部レート列を用いたオペレーションに合わせて設計される。

このとき、リングセグメント本体がタービンに取り付けられている状態において、挿入要素は、高温ガス通路内に導入可能であり、かつ続いてリングセグメント本体に固定可能である構成がさらに提供される。

この構成は有利なことに、新しいリングセグメントの使用を必要とせずに、ガスタービンを、シュラウドを有するロータブレード列を用いるオペレーションから、シュラウドのないロータブレード列を用いるオペレーションへの転換を可能にする。これによって、手間のかかるカバーリフトが必要でなくなる。さらに、適合するリングセグメントを手間をかけて新たに製造する工程も省略できる。

そのため有利なことにシュラウドを備えないロータブレード列を用いたオペレーションに適するガスタービンが提供される。ロータブレードの交換時に、ガスタービンの上部ケーシングを持ち上げる（カバーリフト）必要がなくなる。流出側からのアクセスが満足のいくものとなる。そのため本発明に基づくガスタービンは、ブレードエアフォイルをより頻繁に交換する必要がある試験が目的の場合にとりわけ適する。本願は、それら試験の非常に迅速な準備および実施を可能にする。

加えて、本発明に基づくガスタービンは、リングセグメント本体から少なくとも１つの挿入要素を取り外すことによって、シュラウドを有するロータブレード列を用いるオペレーションへの転換も容易になし得る。

後面の形状が本質的に凹部形状の反対の形状に対応しているため、挿入要素を、固定前にリングセグメント本体に迅速に、容易にかつ正確に位置決めできる。そのため挿入要素の取り付けをより単純かつより容易に実施できる。

本発明に基づく挿入要素の有利な実施形態では、挿入要素は、前面から後面に延在する少なくとも１つの通路を有する。

そのためねじまたはボルトなどの少なくとも１つの対応する取り付け手段を使用して、挿入要素をリングセグメント本体に簡単に取り付けることができる。

本発明に基づく挿入要素のさらに有利な実施形態では、挿入要素は、その前面において、通路と同心状に配置される少なくとも１つのくぼみを有する。

挿入要素を取り付けるための取り付手段、特にねじのヘッドは、挿入要素の輪郭から突出しないようにくぼみ内に配置できる。

本発明に基づく挿入要素のさらに有利な実施形態によれば通路は凸部を有する。凸部はくぼみとは異なり、挿入要素の前面に配置されずむしろ挿入要素の内部に配置される。そのため通路の断面積は、凸部の領域におけるよりも前面および後面において小さい。

挿入要素を取り付けるためのボルトまたはねじは上記面から導入できる。ボルトまたはねじのヘッドは、挿入要素の輪郭から飛び出ない。前面の方向において、ボルトと挿入要素との間に形状嵌めをもたらすことができ、それによって特に頭上で取り付ける際にボルトが抜け出ることが防止される。これによってリングセグメント本体への挿入要素の取り付けが簡単になる。

本発明に基づく挿入要素のさらに有利な実施形態によれば、通路には、凸部内に突出するヘッドを有するボルトが配置される。

そのためボルトは、挿入要素内に形状嵌め様式で配置される。リングセグメント本体に挿入要素を取り付ける際に、ボルトを付加的に導入して位置決めする必要がない。これは取り付けをさらに容易にする。

本発明に基づく、ガスタービンのタービンのリングセグメントは、取り付け状態において高温ガス通路へ向けられる高温ガス側を有するリングセグメント本体を備える。リングセグメント本体は高温ガス側に凹部を有する。この凹部に、上述のタイプの挿入要素が配置される。

そのためリングセグメントは、シュラウドのないロータブレード列のオペレーションのために設計される。

本発明に基づく挿入要素は好ましくはガスタービンに組み込まれる。本発明に基づく取り付け方法では、挿入要素がガスタービンのタービンのリングセグメント本体の凹部に固定される。このとき凹部は、リングセグメント本体が取り付け状態にある場合にガスタービンの高温ガス通路へ向けて配向される高温ガス側に設けられる。特にリングセグメント本体が取り付け状態にある場合には、挿入要素は、高温ガス通路内に導入され続いてリングセグメント本体に固定される。

そのため特に試験目的の場合に、ガスタービンのリングセグメントを、シュラウドを有するロータブレード列を用いるオペレーションのための構成から、シュラウドのないロータブレード列を用いるオペレーションのための構成に迅速に転換できる。逆の変更もまた容易に可能である。

本発明の例示的な実施形態について図面および以下の説明に基づいてより詳細に開示する。

本発明に基づくガスタービンを示す図である。 本発明に基づくリングセグメントを示す図である。 本発明に基づく挿入要素を示す図である。 さらなる実施形態における本発明に基づく挿入要素を示す図である。

図１には、例示的な実施形態における本発明に基づくガスタービン１０が図示される。ガスタービン１０はタービン１１を備えており、該タービン１１内に少なくとも１つのロータブレード列１２が設けられる。このロータブレード列１２の周囲には複数のリングセグメントからなるリングが配置される。ロータブレード列１２は、回転軸２０周りで回転できるように構成される。

ロータブレード列１２は、特に他のロータブレード列の下流に配置されたロータブレード列である。図１では、対応するロータブレード列１２は、ガスタービン１０のタービン１１の４番目のロータブレード列である。

本発明に基づくガスタービン１０は、本発明に基づく少なくとも１つのリングセグメント１３を有する。図２には例示的な実施形態におけるリングセグメント１３の断面図が図示される。

リングセグメント１３は、本発明に基づくリングセグメント本体２５と挿入要素１４とを備える。

リングセグメント本体２５は、高温ガス側２７を備える。取り付け状態では、高温ガス側２７が、ガスタービン１０の高温ガス通路２６へ向けて方向付けられる。

図２には第１の例示的な実施形態における挿入要素１４が、図３にはさらなる例示による挿入要素１４が断面図で図示される。図４には分離された挿入要素１４が図示される。

本発明に基づく挿入要素１４は、リングセグメント本体２５における凹部２３をカバーするように設計される。リングセグメント本体２５は、シュラウドを有するロータブレード列を用いたガスタービン１０のオペレーションのためにこうした凹部２３を有する。ガスタービンに関して、例えば試験段階中にガスタービンの上側ケーシング半体をすべて取り外す（カバーリフト）必要がないため、シュラウドのないロータブレード列１２を使用することは有利となる。本発明に基づく挿入要素１４は、リングセグメント本体２５をシュラウドのないロータブレード列１２に適合させることができる。

こうした適合は、挿入要素１４を凹部２３に固定する本発明に基づく取り付け方法によって実現される。特にこれは、リングセグメント本体２５がガスタービン１０内にすでに取り付けられた状態で実施できる。そのため挿入要素１４は、高温ガス通路２６内に導入され、続いてリングセグメント本体２５に固定される。

挿入要素１４は、後面１６および凹状の前面１５を有する。取り付け状態では、前面１５が高温ガス通路２６へ方向付けられている。後面１６は後面形状１７を有する。この後面形状１７は、凹部２３の凹部形状２２の反対の形状に本質的に対応している。図２に図示される実施形態では、挿入要素１４はほぼ完全に凹部を塞ぐ。特に挿入要素１４は、挿入要素１４がリングセグメント本体２５と少なくとも三点接触するよう構成される。これによって取り付け中に迅速かつ信頼性の高い位置決めが可能となる。

挿入要素１４は、好ましくは前面１５から後面１６へ延在する少なくとも１つの通路２１を有する。通路２１は挿入要素１４をリングセグメント本体２５に取り付けるよう機能する。その場合、挿入要素１４を取り付けるための手段は通路２１を通る。この取り付け手段は図３および図４ではボルト１９として図示される。ボルト１９は特にねじ切りされたボルトまたはねじである。取り付け状態では、挿入要素１４はリングセグメント本体２５にしっかりと接続される。好ましくは、取り付け状態では、挿入要素１４はリングセグメント本体２５と平坦な面をなす。

挿入要素１４の前面１５は凹状であるため、前面１５はロータブレード列１２周りに配置されるリングセグメントに適合される。取り付け状態では、前面１５の凹状の湾曲は回転軸２０に対して直交方向にある。

挿入要素１４は、前面１５において、通路２１と同心状に構成されたくぼみ１８を有することができる。図２には、そうした実施形態における挿入要素１４を示す。挿入要素１４の輪郭から突出しないように、挿入要素を取り付けるためのボルト１９特にねじのヘッドをくぼみ１８内に配置できる。

挿入要素１４の通路２１は凸部２４を有することが可能である。図３には、そうした実施形態における挿入要素１４を示す。特に凸部２４は通路２１と同心状に構成される。くぼみ１８と比較すると、凸部２４は、前面１５にではなく、むしろ挿入要素１４内部に配置される。前面１５および後面１６の各々において、通路２１は、凸部２４中における通路２１の断面領域よりも小さな断面領域を有する。通路２１のうち前面１５から凸部２４の間に延在する部分は、例えば取り付け中にボルト１９を回転させるためのツールを挿入するのに役立つ。

本発明によれば、ボルト１９は、挿入要素１４の一部とすることができ、かつボルト１９のヘッドが凸部２４内に突出する様式で通路２１内に配置できる。そのためボルト１９は、通路２１内に形状嵌め形式で配置され、通路２１から前面１５または後面１６のいずれかへ向けて抜け出ることは不可能である。

リングセグメント本体２５に挿入要素１４を取り付けることによって、本発明に基づくリングセグメント１３が形成される。

本発明について好ましい例示的な実施形態に用いてより詳細に説明して図示したが、本発明は、開示される例示に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の特許請求の範囲の記載から逸脱せずに本明細書に基づく他の変更も導くことができる。

１０ ガスタービン
１１ タービン
１２ ロータブレード列
１３ リングセグメント
１４ 挿入要素
１５ 凹状の前面
１６ 後面
１７ 後面形状
１９ ボルト
２０ 回転軸
２１ 通路
２２ 凹部形状
２３ 凹部
２４ 凸部
２５ リングセグメント本体
２６ 高温ガス通路
２７ 高温ガス側

Claims (6)

1. 複数のロータブレード列と、前記複数のロータブレード列のうちの１つであるロータブレード列（１２）周りに配置されかつ複数のリングセグメントから形成されるリングと、を有するタービン（１１）を備えるガスタービン（１０）であって、
   前記ロータブレード列（１２）は、他のロータブレード列の下流に配置されており、
   少なくとも１つのリングセグメント（１３）が、
   リングセグメント本体（２５）であって、前記リングセグメント本体（２５）が前記タービン（１１）に取り付けられている状態において高温ガス通路（２６）へ向けて配向される高温ガス側（２７）を有するリングセグメント本体（２５）と、
   前記ガスタービン（１０）の前記タービン（１１）の前記リングセグメント本体（２５）の凹部（２３）をカバーするための挿入要素（１４）と、
   を備えており、
   前記リングセグメント本体（２５）は、前記高温ガス側（２７）において、前記凹部（２３）を有しており、かつ前記凹部（２３）には前記挿入要素（１４）が配置され、
   前記挿入要素（１４）は、凹状の前面（１５）と、後面形状（１７）を備える後面（１６）とを有しており、前記後面形状（１７）は、前記凹部（２３）の凹部形状（２２）の反対の形状に対応しており、
   前記リングセグメント本体（２５）が前記タービンに取り付けられている状態において、前記挿入要素（１４）は、前記ガスタービン（１０）の上部ケーシングを持ち上げることなく、前記高温ガス通路（２６）内に導入可能でありかつ前記リングセグメント本体（２５）に固定可能である
   ことを特徴とするガスタービン（１０）。
2. 前記挿入要素（１４）は、前記前面（１５）から前記後面（１６）に延在する少なくとも１つの通路（２１）を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１０）。
3. 前記挿入要素（１４）は、前記前面（１５）において、前記通路（２１）と同心状に構成された少なくとも１つのくぼみ（１８）を有することを特徴とする請求項２に記載のガスタービン（１０）。
4. 前記通路（２１）は凸部（２４）を有することを特徴とする請求項２に記載のガスタービン（１０）。
5. 前記通路（２１）には、前記凸部内に突出するヘッドを有するボルト（１９）が配置されることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン（１０）。
6. 挿入要素（１４）が、ガスタービン（１０）のタービン（１１）のリングセグメント本体（２５）の凹部（２３）に固定される取り付け方法であって、
   前記凹部（２３）は、前記リングセグメント本体（２５）が取り付けられている状態では、前記ガスタービン（１０）の高温ガス通路（２６）へ向けて配向される高温ガス側（２７）に配置され、
   前記リングセグメント本体（２５）が取り付けられている状態において、前記挿入要素（１４）は、前記ガスタービン（１０）の上部ケーシングを持ち上げることなく、前記高温ガス通路（２６）内に導入され、続いて前記リングセグメント本体（２５）に固定されるステップを含むことを特徴とする方法。

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