JP6768564B2 - ガスタービン - Google Patents

Description

本発明はガスタービンに関する。

例えば産業用ガスタービンなど、ガスタービンの基本構造は当業者にはよく知られている。ガスタービンは主な構造成分として、圧縮機、少なくとも一つの燃焼室を持つ燃焼器、ならびにタービンを有している。圧縮機内では気流が圧縮され、圧縮機内で圧縮された気流は、ガスタービンの１以上の燃焼室それぞれに供給可能である。ガスタービンの１以上の燃焼室それぞれの中では、圧縮された空気の存在下で燃料が燃焼され、それにより空気が加熱される。加熱された空気は１以上の燃焼室それぞれから出て、ガスタービンのタービンに供給可能であり、加熱された空気はタービン内において圧力解放される。そのようなガスタービンの作業出力は、タービンから出された出力と圧縮機が取入れた出力との差から生まれる。この差は、燃焼器の１以上の燃焼室それぞれにおけるエネルギー入力により生じる。

すでに述べたように、加熱された空気は、燃焼室それぞれから出てタービンに供給可能であり、これは移行ピースとも呼ばれる中間ピースそれぞれを介して行われる。ガスタービンが複数の燃焼室を有する場合、空気は、各燃焼室から、それぞれ中間ピースを介してタービンに供給可能である。中間ピースそれぞれは、下流端においてタービンのガイドベーン支持部に固定されている。このとき少なくとも一つの固定ボルトが、ガイドベーン支持部の対応する穴、ならびに、中間ピースの対応する穴を通って、中間ピースの半径方向において延びている。

中間ピースもしくは移行ピースは、燃焼室それぞれから出て、ガスタービンのタービンに向かう方向における流れのガイドを行うためのものであり、作動中は温度、圧力、及び振動による極端な負荷を受ける。その結果、中間ピースもしくは移行ピースの寿命は多くの場合、ガスタービンの残りのコンポーネントの寿命より短くなっている。そのため、中間ピースもしくは移行ピースを取替えることが必要となる。実地より知られているガスタービンにおいてこのことは困難を生じさせるものであり、つまり、中間ピースもしくは移行ピースの交換には、ガスタービンの残りの部分において多大な取付け作業が必要となる。

そのため、燃焼室それぞれから出た、加熱された空気の流れを、タービンに向かう方向にガイドするための移行ピースもしくは中間ピースの取替えを、より低い取付けコストで行えるガスタービンが必要とされている。

これに鑑みて本発明の課題は、新規のガスタービンを提供することである。

この課題は、請求項１に記載のガスタービンにより解決される。本発明によると中間ピースそれぞれは、下流端に、雌ネジを持つ少なくとも一つの穴を有する少なくとも一つの固定要素を有している。中間ピースそれぞれの固定要素それぞれは、タービンのガイドベーン支持部のリセスそれぞれの中に突き出ており、ガイドベーン支持部は少なくとも一つの無ネジ山貫通溝を有しており、この少なくとも一つの無ネジ山貫通溝は、中間ピースそれぞれの方を向いたセクションにおいて、軸方向に開口しているように形成されている。中間ピースそれぞれの固定要素それぞれは、少なくとも一つの無ネジ山貫通穴、及び、少なくとも一つの固定ボルトを有する、保持要素それぞれを介してガイドベーン支持部に取付けられており、固定ボルトは、保持要素の貫通穴それぞれ、ガイドベーン支持部の貫通溝それぞれ、及び、固定要素それぞれのネジ穴それぞれを貫いている。

ガスタービンが上記のように実施されること、つまり、中間ピースそれぞれの、タービンのガイドベーン支持部への固定が、固定要素それぞれと、保持要素それぞれと、１以上の固定ボルトそれぞれと、を介して行われ、固定ボルトは、保持要素それぞれの無ネジ山貫通穴それぞれと、ガイドベーン支持部の無ネジ山貫通溝それぞれと、固定要素それぞれのネジ穴それぞれと、を貫いていることにより、中間ピースそれぞれの交換を低い取付コストで行うことができる。

固定ボルトが引っ掛かって動かなくなっていても、例えば、保持要素それぞれの向かい側で突き出しているセクションにおいて固定ボルトそれぞれを単純に切断することにより、保持要素それぞれを取除くことができ、固定要素それぞれは軸方向においてガイドベーン支持部から取除くことができる。中間ピースもしくは移行ピースの交換は、ガスタービンをさらに分解することなく行うことができる。

望ましくは、保持要素それぞれは、固定要素及びガイドベーン支持部それぞれに、中間ピースもしくはガイドベーン支持部それぞれの軸方向において後方に係合している。このことにより、中間ピースそれぞれを特に好適にガイドベーン支持部に固定することができる。

ある好適な発展形によると、固定要素それぞれは中間ピースそれぞれに、とりわけ中間ピースそれぞれの半径方向に延びる中間ピースそれぞれのカム状の突出部に、回転軸周りに傾け可能に、ヒンジ式に作用している。回転軸それぞれは望ましくは、中間ピースそれぞれの周方向に対して接線状に延びている。それにより、中間ピースそれぞれをガイドベーン支持部に特に好適に固定することが可能となる。このとき、固定要素それぞれが中間ピースそれぞれに傾け可能に接続されていることは特に長所である。

ある好適な発展形によると、受容すべき燃焼室それぞれの内筒のためにリセスをそれぞれ備えている燃焼室ハウジングの寸法は、その寸法により中間ピースそれぞれをタービンに取付け可能であり、また、タービンから取外し可能となるものになっている。それにより、ガスタービンをさらに分解する必要なく、中間ピースそれぞれを軸方向においてガスタービンから簡単に取除くことができる。

本発明の望ましい発展形は従属請求項及び以下の説明から理解できる。本発明の実施例について図を用いて詳しく説明するが、これに限定されるわけではない。

ガスタービンの断面図である。 図１のガスタービンの細部の斜視図である。 図２のガスタービン細部において、保持要素を取外した図である。 図３の上面図である。 図１のガスタービンのさらなる細部の斜視図である。

本発明はガスタービンに関する。図１には、圧縮機１１、タービン１２、及び、少なくとも一つの燃焼室を有し、圧縮機１１とタービン１２との間に繋がれた燃焼器１３の領域における、ガスタービン１０の横断面が図示されている。圧縮機１１のうち、ステーター側ハウジング１４、及び、複数の圧縮機段を持つローター側シャフト１５が図示されている。タービン１２のうち、ステーター側ハウジング１６、複数のタービン段を持つローター側シャフト１７が図示されている。圧縮機１１のローター側シャフト１５とタービン１２のローター側シャフト１７とは互いに連結されている。

燃焼器１３のうち、燃焼器ハウジング１８が図示されており、燃焼器ハウジング１８は、圧縮機１１のステーター側ハウジング１４とタービン１２のステーター側ハウジング１６との間に繋がれている。望ましくは燃焼器ハウジング１８は複数のリセス１９を有しており、各リセス１９は、燃焼室２１それぞれの少なくとも一つの内筒２０を受容するためのものである。内筒２０を受容するためのこれらリセス１９は、望ましくは、燃焼器ハウジング１８の周上に、周方向に見て均一に分配されて配置されている。

圧縮機１１は、気流を圧縮するためのものである。圧縮された気流は拡散器２２を介して圧縮機１１を出て、拡散器２２を介して、燃焼器ハウジング１８により提供された、リング形状の流路２３内に到達する。

圧縮された空気は、燃焼器ハウジング１８のこのリング状の流路２３から出て、各燃焼室２１の領域内に、それにより、各内筒２０の領域内に到達し、燃焼室２１それぞれの領域内において燃料が燃焼され、ここで空気が加熱される。

加熱された空気は燃焼室２１それぞれから出てタービン１２に供給され、中間ピース２４はそのためのものである。加熱された空気は各燃焼室２１から出て、中間ピース２４をそれぞれ介して、ガスタービン１０のタービン１２に供給されることができる。

図２及び図３には中間ピース２４の斜視詳細図が図示されており、加熱された空気は中間ピース２４を介して、燃焼室２１から出てタービン１２に供給されることができ、図２及び図３に図示された中間ピース２４は下流端２５において、タービン１２のガイドベーン支持部２６に結合されている。本発明は、タービン１２のガイドベーン支持部２６とのそのような中間ピース２４の結合の詳細に関する。

図２及び図３に図示された中間ピース２４は、中間ピース２４の下流端２５により、少なくとも一つの固定要素２７を介してタービン１２のガイドベーン支持部２６に固定されており、固定要素２７それぞれは、雌ネジを持つ少なくとも一つの穴２８を有している。図４から、図示された固定要素２７には、雌ネジを持つそのようなネジ穴２８が２つ形成されていることが分かる。

図２及び図３に図示された中間ピース２４の固定要素２７それぞれは、軸方向においてタービン１２のガイドベーン支持部２６のリセス２９それぞれの中に突き出しており、リセス２９それぞれは、軸方向に開口していて、中間ピース２４それぞれの方を向いている。ガイドベーン支持部２６は、少なくとも一つの無ネジ山貫通溝３０を有しており、この少なくとも一つの無ネジ山貫通溝は、中間ピース２４の方を向いているセクションにおいて軸方向に開口しているように形成されている。図４から、固定要素２７それぞれのために、ガイドベーン支持部２６には、軸方向に延びるそのような無ネジ山貫通溝３０が２つ形成されていることが分かる。

図２及び図３に図示された中間ピース２４をガイドベーン支持部２６に固定するために、少なくとも一つの無ネジ山貫通穴を有する保持要素３１それぞれが、固定要素２７及びガイドベーン支持部２６それぞれと協働する。保持要素３１それぞれのこれら無ネジ山貫通穴それぞれは、固定ボルト３２をそれぞれ収容及び案内するためのものである。その際固定ボルト３２それぞれは、保持要素３１の無ネジ山貫通穴それぞれと、ガイドベーン支持部２６の無ネジ山貫通溝３０それぞれと、固定要素２６のネジ穴２８それぞれと、を貫く。図２から、保持要素３１それぞれが、固定要素２７及びガイドベーン支持部２６それぞれに、軸方向に見て後方でもしくは周りで、区分的に係合していることが分かる。

すると、タービン１２のガイドベーン支持部２６への中間ピース２４それぞれの固定は、少なくとも一つの固定要素２７と、少なくとも一つの固定ボルト３２を持つ、対応する保持要素３１と、が共同して行う。このとき１以上の固定ボルト３２それぞれにより、固定要素２７それぞれとガイドベーン支持部２６との間に力が発生し、それにより力結合的な結合が生じる。さらに、固定ボルト３２及び保持要素３１それぞれは、形状結合的な結合を介して固定要素２７それぞれを固定する。

固定要素２７それぞれのネジ穴２８それぞれ、ガイドベーン支持部２６の貫通溝３０それぞれ、ならびに保持要素３１それぞれの無ネジ山貫通穴それぞれは、半径方向に見て一直線に並んでおり、固定要素２７それぞれは、半径方向に見て、中間ピース２４の半径方向内側のセクションと半径方向外側の保持要素３１との間に位置している。

図示された望ましい実施例においては、ガイドベーン支持部２６は分割されて実施されており、ガイドベーン支持部２６は、中間ピース２４それぞれの方を向いている第１の部分３４と、中間ピース２４それぞれとは反対の方を向いている第２の部分３３と、を有している。このときガイドベーン支持部２６のリセス２９は、ガイドベーン支持部２６のうち中間ピース２４の方を向いている部分３４に形成されている。また、無ネジ山貫通溝３０も、ガイドベーン支持部２６のこの部分３４に形成されている。

図示された望ましい本発明の実施例においては、固定要素２７それぞれは、回転軸３５周りに傾け可能にヒンジ式に中間ピース２４に作用しており、この回転軸３５は、中間ピース２４それぞれの周方向に対して接線状に延びている。固定要素２７それぞれは、回転軸３５それぞれを介して、半径方向に延びるカム状の、中間ピース２４の突出部３６に作用しており、この突出部３６は、軸方向面によりガイドベーン支持部２６の軸方向面に隣接している。

固定要素２７それぞれは、ガイドベーン支持部２６のリセス２９それぞれ内に軸方向において区分的に突き出しており、ガイドベーン支持部２６のこのリセス２９内への固定要素２７それぞれの挿入深さは、固定要素２７の半径方向外側の突出部３７により制限される。図２からわかるように、保持要素３１それぞれは、一方の側において、軸方向において周りでもしくは後方で、固定要素２７のこの突出部３７に係合している。

図２及び図３からわかるように、ガイドベーン支持部２６の両部分３３及び３４は、内側に存在する溝を形成しており、その溝には、ガイドベーンの対応するセクション３８が通されている。ガイドベーン３９はガイドベーンリングを形成しており、中間ピース２４から出た加熱された空気が、ガイドベーンリングに続いている、タービン１２のローターブレードリングの方に向かう方向に流れることをガイドする。ガイドベーン３９は、流動入口縁部４０、流動出口縁部４１、ならびに、流動入口縁部４０と流動出口縁部４１との間に延在して流れのガイドを行う圧力側ならびに吸込側を有している。

中間ピース２４を取外すためには、１以上の固定ボルト３２それぞれを緩めるだけ、もしくは、それが保持要素３１それぞれの向かい側で半径方向外側に突き出しているセクションにおいて引っ掛かって動かなくっている場合には、切断するだけでよい。すると、対応する保持要素３１を簡単に取外すことができる。次に、中間ピース２４それぞれをガイドベーン支持部２６から軸方向に取除くことができ、固定要素２７それぞれを、場合によってはまだ固定要素２７内にとどまっている、切断された１以上の固定ボルト３２それぞれも一緒に、軸方向に、ガイドベーン支持部２６内の貫通溝３０及びリセス２９それぞれから、軸方向に抜き出すことにより行われる。タービン１２のガイドベーン支持部２６にアクセスする必要はない。

さらなる提案として、燃焼器ハウジング１８のリセス１９を介して中間ピース２４の取付け及び取外しができるように燃焼器ハウジング１８のリセス１９を形成することが挙げられ、そのため、リセス１９の内径は、中間ピース２４の外径より大きい。これにより簡単に、燃焼室ハウジング１８内のリセス１９を介して摩損した中間ピース２４を取除き、新しい中間ピース２４を位置させ、ガイドベーン支持部２６に取付けることができる。

ガスタービン１０の上記の実施形態、つまり、タービン１２のガイドベーン支持部２６への中間ピース２４それぞれの固定が、固定要素２７それぞれと、保持要素３１それぞれと、保持要素３１それぞれの無ネジ山貫通穴それぞれと、ガイドベーン支持部２６の無ネジ山貫通溝３０それぞれと、固定要素２７それぞれのネジ穴２８それぞれを貫く１以上の固定ボルト３２それぞれと、を介して行われることにより、中間ピース２４それぞれの交換を、低い取付コストで行うことができる。１以上の固定ボルト３２それぞれに欠陥があった場合でも、中間ピース２４それぞれは、タービン１２のガイドベーン支持部２６から軸方向に、燃焼器１３に向かう方向において、ガイドベーン支持部２６から引抜き、燃焼器ハウジング１８の、対応して寸法づけられたリセス１９を介して取除くことができ、それにより、逆の方向において新しい中間ピース２４をガイドベーン支持部２６に取付けることができる。固定ボルト３２はその雄ネジにより中間ピース２４それぞれの固定要素２７にのみ噛み合う。固定ボルト３２は、ガイドベーン支持部２６の領域においては、軸方向に開口している無ネジ山貫通溝３０のみを、保持要素３１それぞれの領域においては無ネジ山貫通穴を貫く。固定ボルト３２及び保持要素３１は、燃焼器ハウジング１８の閉じられた取付開口部を介してアクセス可能であり、図１にはそのような取付開口部のためのそのような閉塞装置が図示されている。

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ タービン
１３ 燃焼器
１４ ハウジング
１５ シャフト
１６ ハウジング
１７ シャフト
１８ 燃焼器ハウジング
１９ リセス
２０ 内筒
２１ 燃焼室
２２ 拡散器
２３ 流路
２４ 中間ピース
２５ 端
２６ ガイドベーン支持部
２７ 固定要素
２８ ネジ穴
２９ リセス
３０ 貫通溝
３１ 保持要素
３２ 固定ボルト
３３ 部分
３４ 部分
３５ 回転軸
３６ 突出部
３７ 突出部
３８ セクション
３９ ガイドベーン
４０ 流動入口縁部
４１ 流動出口縁部
４２ 閉塞装置

Claims (10)

1. ガスタービン（１０）であって、
   中で空気を圧縮可能である圧縮機（１１）と；
   少なくとも一つの燃焼室（２１）を有する燃焼器（１３）であって、該燃焼器には、圧縮機（１１）内で圧縮された空気を供給可能であり、かつ、該燃焼器内では、圧縮された空気の存在下で燃料が燃焼可能であり、空気が加熱される、燃焼器と；
   加熱された空気が、中で圧力解放することが可能なタービン（１２）と；
   を備え、
   前記加熱された空気は、前記燃焼器（１３）の前記燃焼室（２１）から出て、中間ピース（２４）を介して前記タービン（１２）に供給可能であり、前記中間ピースは、下流端（２５）により前記タービン（１２）のガイドベーン支持部（２６）に固定されている、ガスタービンにおいて、
   前記中間ピース（２４）が、前記下流端（２５）に、雌ネジを持つ少なくとも一つのネジ穴（２８）を有する少なくとも一つの固定要素（２７）を有しており、
   前記中間ピース（２４）の前記固定要素（２７）が、前記タービン（１２）の前記ガイドベーン支持部（２６）のリセス（２９）内に突き出しており、前記ガイドベーン支持部（２６）は少なくとも一つの無ネジ山貫通溝（３０）を有しており、前記無ネジ山貫通溝は、前記中間ピース（２４）の方を向いているセクションにおいて、軸方向において開口しているように形成されており、
   前記中間ピース（２４）の前記固定要素（２７）は、保持要素（３１）を介してガイドベーン支持部（２６）に取付けられており、
   前記保持要素が、少なくとも一つの無ネジ山貫通穴と、少なくとも一つの固定ボルト（３２）と、を有し、
   前記固定ボルトが、前記保持要素（３１）の貫通穴と、前記ガイドベーン支持部（２６）の貫通溝（３０）と、及び前記固定要素（２７）のネジ穴（２８）と、を貫くことを特徴とする、ガスタービン。
2. 前記保持要素（３１）が、前記固定要素（２７）及び前記ガイドベーン支持部（２６）に、前記中間ピース（２４）の軸方向に見て後方で係合し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。
3. 前記固定要素（２７）が、前記中間ピース（２４）に、回転軸（３５）周りに傾け可能に、ヒンジ式に作用することを特徴とする、請求項１又は２に記載のガスタービン。
4. 前記回転軸（３６）が、前記中間ピース（２４）の周方向に対して接線方向に延びていることを特徴とする、請求項３に記載のガスタービン。
5. 前記固定要素（２７）が、前記回転軸（３５）を介して前記中間ピース（２４）のカム状突出部（３６）に作用していることを特徴とする、請求項３又は４に記載のガスタービン。
6. 前記カム状突出部（３６）が、前記中間ピース（２４）の半径方向に延びており、軸方向面により前記ガイドベーン支持部（２６）の軸方向面に隣接していることを特徴とする、請求項５に記載のガスタービン。
7. 前記固定要素（２７）の前記ネジ穴（２８）、前記ガイドベーン支持部（２６）の前記貫通溝（３０）、及び前記保持要素（３１）の前記貫通穴が、半径方向において一直線に並んでいることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービン。
8. 前記タービン（１２）の前記ガイドベーン支持部（２６）が、分割されて実施されており、前記中間ピース（２４）の方を向いている部分（３４）と、前記中間ピース（２４）とは反対の方を向いている部分（３３）と、を有しており、
   前記ガイドベーン支持部（２６）の、軸方向において開口している１以上の溝（３０）それぞれは、前記ガイドベーン支持部（２６）のうち前記中間ピース（２４）の方を向いている前記部分（３４）に形成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のガスタービン。
9. 燃焼器ハウジング（１８）が前記燃焼室（２１）における収容すべき内筒（２０）のために有しているリセス（１９）が、該リセスを介して前記中間ピース（２４）が前記タービン（１２）に取付け可能であり、かつ、前記タービン（１２）から取外し可能であるように、寸法づけられていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のガスタービン。
10. 前記中間ピース（２４）の前記固定要素（２７）が、軸方向において開口している、前記中間ピース（２４）の方を向いている、前記タービン（１２）のガイドベーン支持部（２６）の前記リセス（２９）内に、軸方向において区分的に突き出しており、
    前記固定要素（２７）の突出部（３７）は、前記固定要素（２７）の、前記ガイドベーン支持部（２６）の前記リセス（２９）内への軸方向の挿入深さを制限していることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービン。

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