JP6775428B2 - 分割環表面側部材、分割環支持側部材、分割環、静止側部材ユニット及び方法 - Google Patents

分割環表面側部材、分割環支持側部材、分割環、静止側部材ユニット及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、燃焼ガスによって回転するガスタービンに関するものである。
従来、回転軸と、回転軸に対して径方向外側に延びるタービン動翼と、タービン動翼から径方向外側に離間して設けられた分割環と、分割環の軸方向に隣接するタービン静翼と、を備えたガスタービンが知られている。
特許文献１には、燃焼ガスが流れる経路と対面する側に配置され、セラミックス基複合材料で形成された表面側部材と、表面側部材よりもガスタービンの径方向外側に配置され、表面側部材を支持し、遮熱環に支持され、金属で形成された支持側部材と、を有する分割環が記載されている。
米国特許第６７５８６５３号明細書
特許文献１に示すように、燃焼ガスが流れる面にセラミックス基複合材料で形成された部材を配置することで、金属で形成された部材を配置した場合よりも耐久性を高くすることができる。しかしながら、特許文献１に記載の構造では、冷却空気の供給の効率の向上に限界がある。また、特許文献１に記載の構造では、各部のシール性能の向上に限界がある。このため、冷却空気の効率及びシール性能の少なくとも一方に基づいて、ガスタービンの効率の向上に限界がある。
そこで、本発明は、ガスタービンの効率をより高くすることができる分割環表面側部材、分割環支持側部材、分割環、静止側部材ユニット、これを有するガスタービン、分割環冷却方法及び分割環製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部である分割環表面側部材であって、セラミックス基複合材料で形成され、前記燃焼ガス流路を形成する表面部と、前記表面部と連結し、前記ガスタービンの径方向外側に伸びた第１部分及び前記第１部分の端部から前記表面部の中心線側に伸びた第２部分を備える折り返し部と、前記折り返し部から、前記ガスタービンの径方向外側に伸びた突出部と、を有することを特徴とする。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、分割環表面側部材を支持する分割環支持側部材であって、金属で形成され、前記分割環表面側部材が係合する係合部と、前記分割環表面側部材の前記燃焼ガス流路を形成する表面部とは反対側の面と対面し、前記表面部との冷却空気が流れる冷却空間を形成する対向部と、を有し、前記対向部は、前記冷却空間の流路抵抗を調整する流路抵抗調整機構を備えることを特徴とする。
また、前記対向部と前記冷却空気を供給する冷却空気供給空間とを接続し、前記冷却空気が流れる貫通孔を複数有し、前記貫通孔は、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の位置で大きさが異なることが好ましい。
また、前記流路抵抗調整機構は、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の位置で、前記対向部と前記分割環表面側部材との距離が異なる構造を含むことが好ましい。
また、前記流路抵抗調整機構は、前記対向部を含み、前記対向部は、位置に応じて表面粗さが異なることが好ましい。また、前記流路抵抗調整機構は、前記対向部を含み、前記対向部は、凹凸部が形成されていることが好ましい。
また、前記流路抵抗調整機構は、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の上流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力を、燃焼ガス流れ方向の下流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力よりも高くすることが好ましい。
また、前記流路抵抗調整機構は、前記冷却空間を回転方向に直交する断面において複数の空間に分離する仕切部を含むことが好ましい。
また、前記仕切部は、前記対向部に一体で設けられていることが好ましい。
また、前記仕切部は、板状部材であり、対面する位置に形成された溝に挿入されていることが好ましい。
また、前記仕切部は、前記分割環表面側部材の前記表面部とは反対側の面と接する部分が、金属以外の材料であることが好ましい。
また、前記仕切部は、前記分割環表面側部材の前記表面部とは反対側の面と接する部分に反応防止材が配置されていることが好ましい。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、円弧形状であり、分割環支持側部材であって、前記円弧形状の軸方向に突出した第１係合部と、前記円弧形状の中心点側に形成され、前記軸方向に突出した第２係合部と、前記円弧形状の中心線側に沿って形成された貫通孔と、前記円弧形状の中心線側の面に形成され、前記中心線側に突出し、前記円弧形状の円弧の方向に沿って延在する凸部と、を有するを特徴とする。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環であって、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材と、前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、前記分割環表面側部材の前記表面部とは反対側の面と対面する前記分割環支持側部材の裏面との間に配置され、前記冷却空間の流路抵抗を調整する流路抵抗調整機構と、を有することを特徴とする。
また、前記流路抵抗調整機構は、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の上流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力を、燃焼ガス流れ方向の下流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力よりも高くすることが好ましい。
また、前記流路抵抗調整機構は、前記冷却空間を回転方向に直交する断面において複数の空間に分離する仕切部を含み、前記仕切部は、前記分割環表面側部材に一体で設けられていることが好ましい。
また、前記仕切部は、前記分割環支持側部材に一体で設けられていることが好ましい。
また、前記仕切部は、板状部材であり、対面する位置に形成された溝に挿入されていることが好ましい。
また、前記仕切部は、前記分割環表面側部材の前記表面部とは反対側の面と接する部分が、金属以外の材料であることが好ましい。
また、前記仕切部は、前記分割環表面側部材の前記表面部とは反対側の面と接する部分に反応防止材が配置されていることが好ましい。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、分割環表面側部材を支持する分割環支持側部材であって、金属で形成され、前記分割環表面側部材が係合する係合部と、前記分割環表面側部材の前記燃焼ガス流路を形成する表面部とは反対側の面と対面し、前記表面部との冷却空気が流れる冷却空間を形成する対向部と、前記対向部と前記冷却空気を供給する冷却空気供給空間とを接続し、前記冷却空気が流れる複数の貫通孔と、を有し、前記ガスタービンの回転方向において、中心領域の貫通孔の合計面積が、端部領域の貫通孔の合計面積よりも大きいことを特徴とする。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、分割環表面側部材を支持する分割環支持側部材であって、金属で形成され、前記分割環表面側部材が係合する係合部と、前記分割環表面側部材の前記燃焼ガス流路を形成する表面部とは反対側の面と対面し、前記表面部との冷却空気が流れる冷却空間を形成する対向部と、ガスタービン回転方向に隣接する面に配置され、前記係合部の前記ガスタービンの径方向外側の端部よりも径方向内側に配置されたシール構造と、を有することを特徴とする。
また、前記シール構造は、シール溝し、前記シール溝に挿入されたシール板し、前記シール板は前記分割環表面側部材と異なる材料であることが好ましい。また、前記シール板は、金属であることが好ましい。
また、前記シール構造は、周方向に隣接する他の分割環支持側部材との間をシールすることが好ましい。
また、前記シール構造よりも径方向外側に配置され、前記ガスタービンの軸方向に隣接する他の部材との間をシールする外側シール機構をさらに有することが好ましい。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環であって、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材と、前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、を有し、前記分割環表面側部材は、前記燃焼ガス流路を形成する表面部と、前記表面部と連結し、前記分割環支持側部材に係止する折り返し部と、を有し、前記分割環支持側部材は、ガスタービン回転方向に隣接する面に配置され、前記折り返し部の前記ガスタービンの径方向外側の端部よりも径方向内側に配置されたシール構造を有することを特徴とする。
また、前記シール構造は、シール溝を有し、前記シール溝に挿入されたシール板を有し、前記シール板は前記分割環表面側部材と異なる材料であることが好ましい。また、前記シール板は、金属であることが好ましい。
上記課題を解決するために本発明は、請求項１または請求項２に記載の分割環表面側部材と、前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、を有し、前記分割環表面側部材は、前記燃焼ガス流れの上流側の前記突出部の前記燃焼ガス流れの上流側及び前記燃焼ガス流れの下流側の前記突出部の前記燃焼ガス流れの下流側の少なくとも一方にシール機構を有することを特徴とする。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環であって、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材と、前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、を有し、前記分割環支持側部材は、前記ガスタービンの軸方向に延在し、両端が前記軸方向に隣接する部材と接し、前記ガスタービンの径方向の空気の流れをシールするシール機構を有し、前記分割環表面側部材は、前記シール機構よりも前記ガスタービンの径方向の内側に配置されることを特徴とする。
前記分割環表面側部材は、前記ガスタービンの径方向において、前記分割環支持側部材が他の部材に支持されている位置から離れた位置で支持されていることが好ましい。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環と、前記分割環の両端に隣接して配置され、前記分割環を前記ガスタービンの軸方向に挟む遮熱環と、を有する静止側部材ユニットであって、前記分割環は、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材を有し、前記遮熱環は、前記遮熱環の間をシールする側面シール機構と、を有し、前記分割環表面側部材は、前記ガスタービンの軸方向の両端がそれぞれ前記側面シール機構と接することを特徴とする。
また、前記分割環は、前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材を有し、前記分割環支持側部材は、前記ガスタービンの軸方向の両端が前記側面シール機構と接し、隣接する前記分割環支持側部材との間をシールする支持側シール機構を有することが好ましい。
また、前記分割環表面側部材は、前記表面部と連結し、前記ガスタービンの径方向外側に伸びた第１部分及び前記第１部分の端部から前記表面部の中心線側に伸びた第２部分を備える折り返し部と、前記折り返し部から、前記ガスタービンの径方向外側に伸び、前記遮熱環と対面する突出部と、を有することが好ましい。
また、前記側面シール機構は、前記遮熱環と前記分割環表面側部材との間をシールする第１分割環シール機構を備えることが好ましい。
また、前記第１分割環シール機構は、前記ガスタービンの径方向の空気の流れを遮断することが好ましい。
また、ガスタービンは、回転可能なタービン軸に取り付けられたタービン動翼と、前記タービン動翼に対し軸方向に対向するように固定されたタービン静翼と、上記のいずれかに記載の分割環と、前記分割環の外周に配置され、かつ前記タービン静翼を支持する車室と、を有することが好ましい。
上記課題を解決するために本発明は、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材と、前記分割環表面側部材よりもガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、を有し、ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環の分割環冷却方法であって、前記分割環支持側部材から前記冷却空間に前記冷却空気を供給するステップと、前記冷却空間に供給された前記冷却空気を前記ガスタービンの回転方向に沿って流すステップと、を有することを特徴とする。
また、前記冷却空間に供給された前記冷却空気を前記冷却空間に供給された位置から前記ガスタービンの回転方向に沿った両方向に流すことが好ましい。
前記冷却空間を通過した前記冷却空気は、前記分割環支持側部材と隣接する前記分割環支持部材との間を流れることが好ましい。
前記冷却空間に供給された前記冷却空気は、前記分割環支持側部材の軸方向側面と前記分割環表面側部材の側面部材の間にも流れることが好ましい。
上記課題を解決するために本発明は、ガスタービンの分割環を製造する分割環製造方法であって、セラミックス基複合材料で分割環表面側部材を製造するステップと、金属で分割環支持側部材を製造するステップと、前記ガスタービンの径方向において、前記分割環表面側部材の突出部が、前記分割環支持側部の突出部よりも径方向と外側となる位置で、前記分割環支持側部材に前記分割環表面側部材をはめ込み、前記分割環表面側部材と前記分割環支持側部材との間に冷却空間を形成するステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、シール性を高く維持すること、または、冷却空気を効率よく供給することができる。これにより、ガスタービンの効率をより高くすることができる。
図１は、本実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 図２は、本実施形態に係るガスタービンのタービン周りにおける部分断面図である。 図３は、本実施形態に係る分割環の側面図である。 図４は、本実施形態に係るガスタービンの分割環の断面の近傍を示す部分拡大図である。 図５は、本実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。 図６は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の正面図である。 図７は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の上面図である。 図８は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の側面図である。 図９は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の回転方向端部の断面図である。 図１０は、本実施形態に係る分割環の分割環表面側部材の斜視図である。 図１１は、本実施形態に係る分割環の分割環表面側部材の正面図である。 図１２は、本実施形態に係る分割環の分割環表面側部材の上面図である。 図１３は、他の実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。 図１４は、他の実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。 図１５は、他の実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。 図１６は、分割環製造方法の一例を示すフローチャートである。
以下、添付した図面を参照して、本発明について説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態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、或いは実質的に同一のものが含まれる。下記実施形態では、産業用ガスタービンの場合として説明するが、ガスタービンであればよく、例えば、航空機に用いられるガスタービンエンジンにも適用することができる。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機５と、燃焼器６と、タービン７とにより構成されている。また、圧縮機５、燃焼器６及びタービン７の中心部には、タービン軸８が貫通して配置されている。圧縮機５、燃焼器６及びタービン７は、タービン軸８の軸心ＣＬに沿って、空気または燃焼ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって順に並設されている。
圧縮機５は、空気を圧縮して圧縮空気とするものである。圧縮機５は、空気を取り込む空気取入口１１を有した圧縮機ケーシング１２内に、複数段の圧縮機静翼１３及び複数段の圧縮機動翼１４が設けられている。各段の圧縮機静翼１３は、圧縮機ケーシング１２に取り付けられて周方向に複数並設され、各段の圧縮機動翼１４は、タービン軸８に取り付けられて周方向に複数並設されている。これら複数段の圧縮機静翼１３と複数段の圧縮機動翼１４とは、軸方向に沿って交互に設けられている。
燃焼器６は、圧縮機５で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給することで、高温・高圧の燃焼ガスを生成するものである。燃焼器６は、燃焼筒として、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させる内筒２１と、内筒２１から燃焼ガスをタービン７に導く尾筒２２と、内筒２１の外周を覆い、圧縮機５からの圧縮空気を内筒２１に導く外筒２３とを有している。この燃焼器６は、タービンケーシング３１内に配置され、周方向に複数配置されている。なお、圧縮機５で圧縮された空気は、タービンケーシング３１で囲まれた車室２４に一旦溜められ、その後燃焼器６に供給される。
タービン７は、燃焼器６で生成された燃焼ガスにより回転動力を生じるものである。タービン７には、外殻となるタービンケーシング３１内に、複数段のタービン静翼３２及び複数段のタービン動翼３３が設けられている。各段のタービン静翼３２は、タービンケーシング３１に取り付けられて周方向に複数環状に配置され、各段のタービン動翼３３は、タービン軸８の軸心ＣＬを中心とした円盤状のディスクの外周に固定されて周方向に複数環状に配置されている。これら複数段のタービン静翼３２と複数段のタービン動翼３３とは、軸方向に沿って複数交互に設けられている。
タービンケーシング３１の軸方向の下流側には、タービン７に連続するディフューザ部５４を内部に有した排気室３４が設けられている（図１参照）。タービン軸８は、圧縮機５側の端部が軸受部３７により支持され、排気室３４側の端部が軸受部３８により支持されて、軸心ＣＬを中心として回転自在に設けられている。そして、タービン軸８の排気室３４側の端部には、発電機（図示せず）の駆動軸が連結されている。
以下、図２を参照して、タービン７について具体的に説明する。図２に示すように、タービン静翼３２は、外シュラウド５１と、外シュラウド５１から径方向内側に延びた翼形部５３と、翼形部５３の径方向内側に設けられた内シュラウド（図示せず）とにより一体に形成されている。更に、タービン静翼３２は、遮熱環４６、翼環４５を介して、タービンケーシング３１から支持され、固定側となっている。複数段のタービン静翼３２は、燃焼ガスの流れ方向ＦＧの上流側から順に、第１タービン静翼３２ａと、第２タービン静翼３２ｂと、第３タービン静翼３２ｃと、第４タービン静翼３２ｄとを含んで構成されている。第１タービン静翼３２ａは、外シュラウド５１ａと、翼形部５３ａと、内シュラウド（図示せず）とにより一体に形成されている。第２タービン静翼３２ｂは、外シュラウド５１ｂと、翼形部５３ｂと、内シュラウド（図示せず）とにより一体に形成されている。第３タービン静翼３２ｃは、外シュラウド５１ｃと、翼形部５３ｃと、内シュラウド（図示せず）とにより一体に形成されている。第４タービン静翼３２ｄは、外シュラウド５１ｄと、翼形部５３ｄと、内シュラウド（図示せず）とにより一体に形成されている。
複数段のタービン動翼３３は、複数の分割環５２に対向して、径方向の内側にそれぞれ配置されている。各段のタービン動翼３３は、各分割環５２に対して所定の隙間を空けて離間して設けられており、可動側となっている。複数段のタービン動翼３３は、燃焼ガスの流れ方向ＦＧの上流側から順に、第１タービン動翼３３ａと、第２タービン動翼３３ｂと、第３タービン動翼３３ｃと、第４タービン動翼３３ｄとを含んで構成されている。そして、第１タービン動翼３３ａは、第１分割環５２ａの径方向内側に設けられている。同様に、第２タービン動翼３３ｂ、第３タービン動翼３３ｃ及び第４タービン動翼３３ｄは、第２分割環５２ｂ、第３分割環５２ｃ及び第４分割環５２ｄの径方向内側に設けられている。
このため、複数段のタービン静翼３２及び複数段のタービン動翼３３は、燃焼ガスの流れ方向ＦＧの上流側から順に、第１タービン静翼３２ａ、第１タービン動翼３３ａ、第２タービン静翼３２ｂ、第２タービン動翼３３ｂ、第３タービン静翼３２ｃ、第３タービン動翼３３ｃ、第４タービン静翼３２ｄ、第４タービン動翼３３ｄとなるように配置され、それぞれ軸方向に対向するように設けられている。
図２に示すように、タービンケーシング３１は、その径方向内側に配置され、タービンケーシング３１から支持された翼環４５を有している。翼環４５は、タービン軸８廻りに環状に形成され、周方向及び軸方向に複数に分割されて、タービンケーシング３１から支持されている。また、複数の翼環４５は、燃焼ガスの流れ方向（軸方向）ＦＧの上流側から順に、第１翼環４５ａと、第２翼環４５ｂと、第３翼環４５ｃと、第４翼環４５ｄとを含んで構成されている。翼環４５の径方向内側には、遮熱環４６が配設され、タービン静翼３２は、遮熱環４６を介して翼環４５から支持されている。複数の遮熱環４６は、燃焼ガスの流れ方向（軸方向）ＦＧの上流側から順に、第１遮熱環４６ａと、第２遮熱環４６ｂと、第３遮熱環４６ｃと、第４遮熱環４６ｄとを含んでいる。
翼環４５の内側には、複数のタービン静翼３２と、複数の分割環５２とが互いに軸方向に隣接して設けられている。
そして、複数のタービン静翼３２及び複数の分割環５２は、燃焼ガスの流れ方向ＦＧの上流側から順に、第１タービン静翼３２ａ、第１分割環５２ａ、第２タービン静翼３２ｂ、第２分割環５２ｂ、第３タービン静翼３２ｃ、第３分割環５２ｃ、第４タービン静翼３２ｄ、第４分割環５２ｄとなるように配置され、それぞれ軸方向に対向するように設けられている。
また、第１タービン静翼３２ａ及び第１分割環５２ａは、第１遮熱環４６ａを介して第１翼環４５ａの径方向内側に取り付けられている。同様に、第２タービン静翼３２ｂ及び第２分割環５２ｂは、第２遮熱環４６ｂを介して、第２翼環４５ｂの径方向内側に取り付けられ、第３タービン静翼３２ｃ及び第３分割環５２ｃは、第３遮熱環４６ｃを介して第３翼環４５ｃの径方向内側に取り付けられ、第４タービン静翼３２ｄ及び第４分割環５２ｄは、第４遮熱環４６ｄを介して第４翼環４５ｄの径方向内側に取り付けられている。
そして、複数のタービン静翼３２の外シュラウド５１及び複数の分割環５２の内周側と、タービン静翼３２の内シュラウド及びタービン動翼３３のプラットフォームの外周側との間に形成された環状の流路が、燃焼ガス流路Ｒ１となり、燃焼ガスは、燃焼ガス流路Ｒ１に沿って流れる。
上記のようなガスタービン１において、タービン軸８を回転させると、圧縮機５の空気取入口１１から空気が取り込まれる。そして、取り込まれた空気は、複数段の圧縮機静翼１３と複数段の圧縮機動翼１４とを通過することにより圧縮されることで、高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気に対し、燃焼器６から燃料が供給され、高温・高圧の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスがタービン７の複数段のタービン静翼３２と複数段のタービン動翼３３とを通過することでタービン軸８が回転駆動する。これにより、タービン軸８に連結された発電機は、回転動力が付与されることで発電を行う。この後、タービン軸８を回転駆動した後の燃焼ガスは、排気室３４内のディフューザ部５４から系外に排出される。
次に、図２から図５に基づいて、分割環５２について説明する。図３は、本実施形態に係る分割環の側面図である。図４は、本実施形態に係るガスタービンの分割環の断面の近傍を示す部分拡大図である。図５は、本実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線から見た図である。ここで、図２から図５では、第２分割環５２ｂの周囲の分割環冷却構造のみを示しているが、他の分割環についても同様の構造を備えている。以下、代表して、第２分割環５２ｂを分割環５２として、説明する。また、ガスタービン１は、分割環５２と遮熱環４６を含むユニットを静止側部材ユニットともいう。
ガスタービン１は、図３に示すように複数の分割環５２が回転方向（ガスタービン１の回転方向、タービン軸８の回転方向、タービン動翼３３の回転方向）に直列で並んでいる。複数の分割環５２は、回転方向に並んでリング形状となる。つまり、１つの分割環５２は、回転軸方向から見た場合、円弧形状となる。分割環５２は、上述したように遮熱環４６の間に配置され、遮熱環４６に支持されている。
分割環５２に供給される冷却空気は、タービン７の車室２４と翼環４５で囲まれた翼環キャビティ４１から供給される。翼環４５には、供給開口４７が形成されている。遮熱環４６と翼環４５と分割環５２との間には、空間となるキャビティ８０が設けられている。キャビティ８０は、周方向に亘って環状に設けられている。キャビティ８０は、供給開口４７を介して翼環キャビティ４１に連通されている。さらに、分割環５２は、キャビティ８０と連通された冷却流路が形成されている。翼環キャビティ４１に供給された冷却空気ＣＡは、供給開口４７を介してキャビティ８０に供給される。本実施形態の冷却空気ＣＡは、圧縮機出口側の車室空気または圧縮機から抽気される抽気空気を用いる。キャビティ８０に供給される冷却空気ＣＡは、分割環５２に供給され、分割環５２に配設された冷却流路を通過させることで、分割環５２を冷却する。
遮熱環４６は、隣接する外シュラウド５１に支持されている。遮熱環４６は、燃焼ガス流れ方向の端面、つまり、回転軸に直交する方向に沿った面に、分割環５２の一部が挿入される凹部１１０が形成されている。凹部１１０は、キャビティ８０に面する面に形成されている。凹部１１０は、ガスタービン１の回転軸方向に延在し、凹部１１０のガスタービン１の回転軸方向の端部が底面となる。
また、遮熱環４６は、分割環５２との接触面をシールするシール機構（第２分割環シール機構）１１２、シール機構（第１分割環シール機構）１１４を有する。また、遮熱環４６は、隣接する遮熱環４６との間をシールするシール板１２５を配置するシール溝１１６が設けられている。シール溝１１６（１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ）は、シール機構１１２、１１４を分割環５２側に付勢するためのシール空気を供給してもよい。シール溝１１６は、シール溝１１６ｂ、シール溝１１６ｃに、シール板１２５が挿入されている。シール板１２５は、隣接する遮熱環４６の対面する２つのシール溝１１６ｂに挿入され、遮熱環４６の間をシールする。また、シール板１２５は、隣接する遮熱環４６の対面する２つのシール溝１１６ｃに挿入され、遮熱環４６の間をシールする。シール溝１１６ｂ、１１６ｃとシール溝１１６ｂ、１１６ｃに挿入されたシール板１２５と、シール板１２５と接するシール機構１１２、１１４が側面シール機構となる。遮熱環４６は、シール機構１１２、１１４、シール溝１１６と、シール板１２５が遮熱環シール機構１１１となる。シール機構１１２は、凹部１１０の底面に配置されている。つまり、シール機構１１２は、分割環５２のガスタービン１の回転軸に直交する面と接する。シール機構１１４は、遮熱環４６の回転軸に直交する方向に沿った面で、かつ、シール機構１１２よりもガスタービン１の径方向内側となる位置に配置されている。シール機構１１４も、シール機構１１２と同様に、分割環５２のガスタービン１の回転軸に直交する面と接する。シール機構１１２、１１４は、遮熱環４６と同様の耐熱性を備える材料で形成され、弾性を備えている。シール機構１１２、１１４は、例えばＥシールを用いることができる。シール機構１１２、１１４は、設置されている位置でのガスタービンの径方向の空気の流れを遮断する。シール溝１１６は、シール板１２５が挿入されることで、遮熱環４６の間をシールする。また、シール溝１１６は、複数に分岐し、分岐した部分の端部がそれぞれシール機構１１２、１１４と対面する。具体的には、シール溝１１６は、シール溝１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを含む。シール溝１１６ａは、シール空気を供給するシール空気供給源と繋がっている。シール溝１１６ｂは、シール溝１１６ａと繋がっている。シール溝１１６ｂは、一方の端部が外シュラウド５１と対面し、他方の端部がシール機構１１２に対面している。シール溝１１６ｂと外シュラウド５１との間は、一方の端部にシール機構が配置されている。シール溝１１６ｃは、一方の端部がシール溝１１６ｂと接続され、他方の端部がシール機構１１４と対面している。シール溝１１６は、キャビティ８０に供給される空気よりも圧力が高いシール空気が供給される。遮熱環４６と他の部材との隙間から燃焼ガスが漏れることを抑制する。また、シール溝１１６に供給される空気は、シール機構１１２、１１４を分割環５２に向けて付勢する。これにより、遮熱環４６と分割環５２の間がシールされ、遮熱環４６と分割環５２の間から冷却空気ＣＡが漏れることを抑制できる。また、シール機構１１２、１１４は、シール溝１１６からシール空気が供給されることで、空気が漏れる場合もシール空気の一部が漏れる構造となる。なお、本実施形態のシール機構１１２、１１４は、溝形状にシールする対象物と接触し、封止を行う弾性部材を設けたが、これに限定されず、溝のみとしてもよい。この場合は、シール機構１１２、１１４は、シール溝にシール空気を供給し、シール空気を他の領域に漏れるようにすることで、シールする対象の気体（漏れることを抑制する基体）が漏れることを抑制する。
分割環５２は、回転方向の断面（回転方向に直交する面）の形状が、基本的に同じ形状である。分割環５２は、分割環支持側部材１０２と、分割環表面側部材１０４と、を有する。分割環支持側部材１０２は、遮熱環４６と連結している。分割環支持側部材１０２は、遮熱環４６で支持されている。分割環表面側部材１０４は、分割環支持側部材１０２よりもガスタービン１の径方向（タービン軸８の径方向）内側に配置され、分割環支持側部材１０２に支持されている。分割環表面側部材１０４は、燃焼ガスが流れる流路に露出し、タービン動翼３３と対面する。また、分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４との間には冷却流路１２０が設けられる。以下各部について説明する。
図３から図９を用いて、分割環支持側部材１０２について詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の正面図である。図７は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の上面図である。図８は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の側面図である。図９は、本実施形態に係る分割環の分割環支持側部材の回転方向端部の断面図である。図９は、図７のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図６から図９では、ガスタービン１の周方向の形状を直線で示しているが、図３に示すように円弧形状となる。
分割環支持側部材（単に「支持側部材」ともいう）１０２は、ガスタービン１の静止側の部品であり、分割環表面側部材１０４を支持する。支持側部材１０２は、金属、例えば耐熱性ニッケル合金等で形成されている。支持側部材１０２は、一体で成型された部品であり、本体部１３０と、第１突起部（第１係合部）１３２と、第２突起部（第２係合部）１３４と、を有する。支持側部材１０２は、ガスタービン１の径方向内側の端面が対向部（対向面）１３５となる。対向部１３５には、流路抵抗調整機構１２２が形成されている。また、支持側部材１０２には、貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃが形成されている。
本体部１３０は、図４から図６に示すように、キャビティ８０側に凹部を有する板状の部材である。本体部１３０は、凹部を有する形状とすることで、キャビティ８０と接する面積を大きくすることができる。第１突起部１３２は、本体部１３０のガスタービン１の軸方向の両端にそれぞれ設けられている。第１突起部１３２は、本体部１３０よりもガスタービン１の軸方向側に突出している。第１突起部１３２は、遮熱環４６の凹部１１０に挿入されている。第１突起部１３２は、ガスタービン１の軸方向の端部、つまり本体部１３０から最も離れた面がシール機構１１２と接する。
第２突起部１３４は、本体部１３０の第１突起部１３２よりもガスタービン１の径方向内側に設けられている。第２突起部１３４は、本体部１３０のガスタービン１の軸方向の両端にそれぞれ設けられている。第２突起部１３４は、分割環表面側部材１０４が係合する係合部となる。支持側部材１０２は、第２突起部１３４のガスタービン１の径方向内側の端面と本体部１３０の径方向内側の端面とが、同一平面の対向部１３５となる。
貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、キャビティ８０と、支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４との間に形成される冷却流路１２０とを繋げる通路である。貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、燃焼ガス流れ方向の上流側から下流側に向けて、貫通孔１３６ａ、貫通孔１３６ｂ、貫通孔１３６ｃの順で形成されている。また本実施形態の貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、ガスタービン１の回転方向において支持側部材１０２の中心となる位置に形成されている。
シール溝１３８、１３９は、支持側部材１０２のガスタービン１の回転方向の端面に形成されている。シール溝１３８は、ガスタービン１の軸方向に平行な方向に延在し、一方の端部が一方の第２突起部１３４に形成され、他方の端部が他方の第２突起部１３４に形成される。シール溝１３９は、一方の端部がシール溝１３８と接し、他方の端部が他方の第１突起部１３２に形成される。シール溝１３９は、他方の端部がシール機構１１２と接する位置まで形成されている。これにより、支持側部材１０２は、シール溝１３８、１３９でシール機構１１２からシール機構１１２まで繋がった溝が形成される。図９に示すようにシール板１２６は、シール溝１３８に挿入される。シール溝１３９にも同様に、シール板１２８が挿入される。シール板１２６は、対向する２つの支持側部材１０２のシール溝１３８、１３９に挿入され、ガスタービン１の回転方向における支持側部材１０２の間をシールする。シール板１２８は、シール板１２６と接し、シール機構１１２とシール機構１１２との間であり、かつ隣接する支持側部材１０２の間をシールする。シール板１２６とシール板１２８が支持側シール機構となる。このように、分割環５２は、シール板１２６、１２８で支持側部材１０２と遮熱環４６との間をシールすることで、遮熱環４６と遮熱環４６の間をシール機構１１２と支持側部材１０２とでシールすることができる。これにより、支持側部材１０２は、ガスタービン１の回転方向の端部において、キャビティ８０と燃焼ガスの流路がシール板１２６により分離される。また、シール溝１１６ｂ及び挿入されたシール板１２５を含む側面シール機構は、シール機構１１２と接する支持側部材１０２と繋がるシール構造を形成する支持側部材用側面シール機構となる。
図３から図５と図１０から図１２を用いて、分割環表面側部材１０４について説明する。図１０は、本実施形態に係る分割環の分割環表面側部材の斜視図である。図１１は、本実施形態に係る分割環の分割環表面側部材の正面図である。図１２は、本実施形態に係る分割環の分割環表面側部材の上面図である。分割環表面側部材（単に「表面側部材」ともいう）１０４は、セラミック基複合材料（Ceramic Matrix Composites：「ＣＭＣ」ともいう。）で形成されている。ＣＭＣは、無機の粒子、金属の粒子、ウィスカ、短繊維、及び長繊維などとセラミックスとを複合化することで強度を向上させた材料である。ＣＭＣは、例えばニッケル基超合金に比べて比重が小さく、耐熱性が高いため、分割環の材料に適している。ＣＭＣは、酸化物系（例えばＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム））と非酸化物系（例えばＳｉＣ（炭化ケイ素））に大別され、本実施形態では、非酸化物系のＳｉＣセラミックスにＳｉＣ繊維を複合化させたＣＭＣを用いている。
表面側部材１０４は、表面部１５０と、折り返し部１５２と、突出部１５４と、を有する。表面側部材１０４は、表面部１５０と、折り返し部１５２と、突出部１５４とが連結しており、例えば、１枚の板を折り曲げて形成できる形状である。表面部１５０は、ガスタービン１の回転軸方向及び径方向に延在する板状の部材である。表面部１５０は、分割環５２のガスタービン１の径方向内側の端面となる部分であり、ガス流路の一部となる。つまり、表面部１５０は、ガスタービン１の径方向内側の面である表面１７０が、燃焼ガス流路Ｒ１に露出している。表面部１５０は、表面１７０とは反対側の面である裏面１７２が、対向部１３５と対面している。裏面１７２と対向部１３５との間の空間が冷却流路１２０となる。
折り返し部１５２は、表面部１５０のガスタービン１の回転軸方向の両端にそれぞれ設けられている。折り返し部１５２は、第１部分１６２と、第２部分１６４と、を有する。第１部分１６２は、一方の端部が、表面部１５０のガスタービン１の回転軸方向の端部と連結し、他方の端部が、一方の端部よりもガスタービン１の径方向外側にある。つまり、第１部分１６２は、表面部１５０のガスタービン１の回転軸方向の端部からガスタービン１の径方向外側に延びている。第２部分１６４は、一方の端部が、第１部分１６２の他方の端部と連結し、他方の端部が、一方の端部よりも、ガスタービン１の回転軸方向において表面側部材１０４の中心線１５９側にある。つまり、第２部分１６４は、第１部分１６２の端部から表面部１５０の中心線１５９側に延在する。折り返し部１５２は、第２部分１６４が、支持側部材１０２の第２突起部１３４よりもガスタービン１の径方向外側に配置されている。第２部分１６４は、ガスタービン１の径方向内側の面が、第２突起部１３４のガスタービン１の径方向外側の面と対面し、接触している。これにより、表面側部材１０４は、表面部１５０と折り返し部１５２とで支持側部材１０２の第２突起部１３４と係合する。折り返し部１５２は、第２部分１６４が第２突起部１３４と接し、第１部分１６２が第１突起部１３２と非接触となる。
突出部１５４は、折り返し部１５２から、ガスタービン１の径方向外側に伸びている。突出部１５４は、ガスタービン１の回転軸方向において表面側部材１０４の中心線１５９側となる面が、支持側部材１０２と対面している。突出部１５４は、ガスタービン１の回転軸方向において表面側部材１０４の端部側となる面が遮熱環４６と対面している。突出部１５４は、遮熱環４６と対面している面が、シール機構１１４と接している。これにより、突出部１５４と遮熱環４６との間は、シール機構１１４によりシールされる。シール機構１１４で突出部１５４と遮熱環４６との間をシールすることで、遮熱環４６の間をシール機構１１４と表面側部材１０４とでシールすることができる。また、シール溝１１６ｃ及び挿入されたシール板１２５を含む側面シール機構は、シール機構１１４と接する表面側部材１０４と繋がるシール構造を形成する表面側部材用側面シール機構となる。
流路抵抗調整機構１２２は、冷却流路１２０に設けられている。流路抵抗調整機構１２２は、冷却流路１２０の流路抵抗、空気の流れやすさを調整し、ガスタービン１の燃焼ガス流れ上流側の冷却流路１２０の冷却空気の圧力を、下流側の冷却流路１２０の冷却空気の圧力よりも高くする。流路抵抗調整機構１２２は、２つの仕切板１２４と貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを備える。仕切板１２４は、対向部１３５から離れる方向に突出し、先端が表面側部材１０４と接している。１つの仕切板１２４は、貫通孔１３６ａと貫通孔１３６ｂとの間に配置され、もう１つの仕切板１２４は、貫通孔１３６ｂと貫通孔１３６ｃとの間に配置されている。仕切板１２４は、ガスタービン１の回転方向において、分割環５２の一端から他端まで延在している。また、貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、穴の径が貫通孔１３６ａ、貫通孔１３６ｂ、貫通孔１３６ｃの順で小さくなる。つまり、貫通孔１３６ａは、貫通孔１３６ｂよりも径が大きい。貫通孔１３６ｂは、貫通孔１３６ｃよりも径が大きい。言い換えれば、貫通孔の穴の径は、燃焼ガス流れの上流から下流にいくにしたがい、小さくなる。これにより、流路抵抗調整機構１２２は、仕切板１２４で仕切られた冷却流路１２０の３つの空間の流路抵抗を異なる抵抗とすることができる。これにより、ガスタービン１の燃焼ガス流れ上流側の方が下流側よりも流路抵抗が小さくなるため、圧力損失が小さくなり、より圧力が高い冷却空気が供給される。
次に、分割環５２を流れる冷却空気ＣＡの流路を説明することで分割環冷却方法について説明する。分割環５２は、キャビティ８０に供給された冷却空気ＣＡが貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを通過し、仕切板１２４で仕切られた冷却流路１２０のそれぞれに供給される。つまり、冷却空気ＣＡは、分割環支持側部材１０２を通過して、分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４との間の冷却流路に流入する。貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを通過した冷却空気ＣＡは、冷却流路１２０内を、ガスタービン１の回転方向の中心から端部に向かって流れる。冷却空気ＣＡは、冷却流路１２０をガスタービン１の回転方向に沿って両方の方向、つまり、回転方向において、貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃから離れる２方向に流れる。また、冷却流路１２０に流入した冷却空気ＣＡは、分割環支持側部材１０２の軸方向側面と分割環表面側部材１０４の第１部分（側面部材）１６２の間の冷却空間にも流れる。これにより、分割環支持側部材１０２の軸方向側面と、第１部分１６２、つまり、分割環支持側部材と分割環表面側部材とのうち、冷却流路１２０内で、軸方向に対面する部分を冷却することができる。分割環５２のガスタービン１の回転方向の端部まで移動した冷却空気ＣＡは、分割環５２の隙間から燃焼ガス流路Ｒ１に排出される。つまり、分割環５２のガスタービン１の回転方向の端部まで移動した冷却空気ＣＡは、分割環表面側部材１０４と回転方向に隣接する分割環表面側部材１０４との間から燃焼ガス流路Ｒ１に排出される。また、分割環５２のガスタービン１の回転方向の端部まで移動した冷却空気ＣＡは、分割環支持側部材１０２と隣接する分割環支持部材１０２との間にも流れ、分割環支持部材１０２の回転方向の側面を冷却する。分割環５２は、このように、冷却空気ＣＡが流れることで、冷却される。
以上のように分割環５２は、ＣＭＣで形成された分割環表面側部材１０４を、金属で形成された分割環支持側部材１０２のガスタービン１の径方向の内側に配置し、分割環表面側部材１０４が燃焼ガス流路Ｒ１を構成する形状とすることで、分割環５２の耐熱性を高くすることができる。
分割環５２は、折り返し部１５２のガスタービン１の径方向外側の端部よりも径方向内側にシール溝１３８及びシール板１２６を設けることで、キャビティ８０と冷却流路１２０との距離を短くすることができる。これにより、分割環支持側部材１０２を効率よく冷却することができ、分割環支持側部材１０２の温度上昇を抑制することができる。
また、分割環５２は、分割環表面側部材１０４に突出部１５４を設け、突出部１５４と遮熱環４６との間にシール機構１１４を設け、シールすることで、シール機構をリング形状とすることができ、設置を簡単にしつつ、シール性を高くすることができる。シール性を高くできることで、空気の漏れを抑制でき、各空気を効率よく利用することができる。具体的には、分割環５２を適切に冷却しつつ、燃焼ガス流路に漏れる空気の量を低減することができる。これにより、冷却空気に使用する圧縮空気の量を低減でき、かつ、燃焼ガスの温度を低下させる漏れ空気の量も低減することができ、ガスタービン１の効率を向上させることができる。
また、分割環５２は、裏面１７２と対向部１３５との間を冷却通路とし、折り返し部１５２の第２部分１６４が第２突起部１３４と接し、第１部分１６２が第１突起部１３２と非接触とすることで、支持側部材１０２の表面側部材１０４と接触する部分を燃焼ガス流路から遠い位置とすることができる。これにより、支持側部材１０２と表面側部材１０４とが接触する部分の周囲の温度を低くすることができ、支持側部材１０２の温度上昇を抑制することができる。また、温度が高い位置で支持側部材１０２と表面側部材１０４とが接触することを抑制できる。
また、分割環５２は、流路抵抗調整機構１２２を設け、冷却流路１２０を流れる冷却空気の圧力バランスを調整することで、冷却空気ＣＡを効率よく流すことができ、冷却空気ＣＡの量を低減することができる。
また、分割環５２は、流路抵抗調整機構１２２で、ガスタービン１の燃焼ガス流れ方向の上流側の冷却流路１２０を流れる冷却空気の圧力を、燃焼ガス流れ方向の下流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力よりも高くすることで、冷却空気ＣＡを効率よく流すことができる。
また、分割環５２は、流路抵抗調整機構１２２として仕切板（仕切部）１２４を設け、冷却流路１２０を回転方向に直交する断面において複数の空間に分離することで、燃焼ガスの流れ方向において冷却流路１２０を分離することができ、燃焼ガスの流れ方向の位置によって冷却空気の圧力を変化させやすくすることができる。
また、分割環５２は、仕切板１２４を分割環支持側部材１０２に設けることで、分割環表面側部材１０４の構造を簡単にすることができる。また、分割環５２は、分割環表面側部材１０４を本実施形態のように断面が一筆書きできる形状つまり１枚の板を折り曲げることでできる構造とすることで、製造を簡単にすることができる。
また、分割環５２は、ガスタービン１の回転方向の中心近傍のみに貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを設け、冷却流路１２０を流れる空気をガスタービン１の回転方向に沿って流すことで、分割環支持側部材１０２と、分割環表面側部材１０４とを、適切なバランスで冷却することができる。具体的には、冷却流路１２０を流れる空気をガスタービン１の回転方向に沿って流す対面冷却とすることで、インピンジメント冷却とする場合よりも、分割環支持側部材１０２の冷却量に対する分割環表面側部材１０４の冷却量を少なくすることができる。これにより、分割環５２は、金属で形成された分割環支持側部材１０２を十分に冷却しつつ、ＣＭＣで形成され、耐熱性が高い分割環表面側部材１０４を過剰に冷却することを抑制できる。
分割環５２は、本実施形態のように、貫通孔１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを、ガスタービン１の回転方向において支持側部材１０２の中心となる位置に形成し、ガスタービン１の回転方向において、中心領域の貫通孔の合計面積を、端部領域の貫通孔の合計面積よりも大きくすることで、分割環表面側部材１０４との冷却流路１２０に供給した冷却空気をガスタービン１の回転方向の中心から端部に効率よく流すことができ、対流冷却を効率よく行うことができる。ここで、ガスタービン１の回転方向において、分割環５２の中心から端部から距離をＬとした場合、中心領域は中心から（１／４）Ｌの領域であり、端部領域は端部から（１／４）Ｌの領域である。
次に、図１３を用いて、他の実施形態に係る分割環を説明する。図１３は、他の実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。図１３に示す分割環５２ａは、一部の形状を除いて、分割環５２と同様である。以下では、分割環の構造の異なる点を重点的に説明し、同一の構造の部分は同一の符号を付し、説明を省略する。
図１３に示す分割環５２ａは、流路抵抗調整機構１２２ａが、分割環支持側部材１０２ａ及び分割環表面側部材１０４ａとは別の部材で形成されている。流路抵抗調整機構１２２ａは、仕切板１８０と、緩衝材１８６と、を有する。分割環支持側部材１０２ａは、仕切板１８０が配置される位置に凹部１８２が形成されている。凹部１８２は、ガスタービン１の回転方向に延在する。仕切板１８０は、流路抵抗調整機構１２２の仕切板１２４と同様に冷却流路１２０を複数の空間に分離する板である。仕切板１８０は、空間を完全に分離する必要はなく、圧力差が維持できれば空気が流れてもよい。仕切板１８０は、凹部１８２に挿入され、分割環表面側部材１０４ａに向けて突出している。緩衝材１８６は、仕切板１８０と分割環表面側部材１０４ａとの間に配置されている。緩衝材１８６は、耐熱性を有し、かつ、分割環表面側部材１０４ａを形成するＣＭＣとの反応性が低い材料、例えば、金属以外の材料で形成されている。緩衝材１８６として、例えば、ＳｉＣフェルトを用いることができる。
このように、分割環５２ａは、流路抵抗調整機構１２２ａを分割環支持側部材１０２ａ及び分割環表面側部材１０４ａとは別の部材としてもよい。これにより、各部材の製造を簡単にすることができる。
また、分割環５２ａは、仕切板１８０と分割環表面側部材１０４ａとの間に、反応防止層として、ＣＭＣとの反応性が低い材料で形成されている緩衝材１８６を設けることで、分割環表面側部材１０４ａの耐久性を高くすることができる。ここで、分割環表面側部材１０４ａの表面部１５０は、燃焼ガス流路と接するため高温となる。高温となった表面部１５０は、接触すると反応が生じる金属である。これに対して、緩衝材１８６を配置することで、表面部１５０が高温となっても他の部材と反応することを抑制でき、耐久性を高くすることができる。また、本実施形態では緩衝材１８６を設けたが、仕切板１８０を、耐熱性を有し、かつ、分割環表面側部材１０４ａを形成するＣＭＣとの反応性が低い材料で形成してもよい。つまり、高い温度でＣＭＣと接する部分となる分割環表面側部材１０４ａの裏面１８２と接する部材をＣＭＣとの反応性が低い材料で形成することで、同様の効果を得ることができる。また、分割環５２の仕切板１２４と表面部１５０との間に緩衝材を設けることが好ましい。このように、仕切板（仕切部）を、分割環表面側部材の表面部とは反対側の面と接する部分が、金属以外の材料とすることで分割環表面側部材を保護することができ、耐久性を高くすることができる。
次に、図１４を用いて、他の実施形態に係る分割環を説明する。図１４は、他の実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。図１４に示す分割環５２ｂは、一部の形状を除いて、分割環５２と同様である。以下では、分割環５２ｂの構造の異なる点を重点的に説明し、同一の構造の部分は同一の符号を付し、説明を省略する。
分割環５２ｂは、分割環支持側部材１０２ｂと分割環表面側部材１０４ｂと、を有する。分割環５２ｂは、流路抵抗調整機構１２２ｂに対向部１３５ｂを含む。分割環５２ｂは、分割環支持対向部のガスタービンの径方向の位置が異なる構造を含む。本願の１実施形態では、分割環支持側部材１０２ｂの対向部１３５ｂは、分割環表面側部材１０４ｂの裏面１７２に対して、傾斜している。具体的には、対向部１３５ｂは、燃焼ガス流れ方向の上流から下流に向かうにしたがって、分割環表面側部材１０４ｂの裏面１７２に近づく向きに傾斜している。
分割環５２ｂは、流路抵抗調整機構１２２ｂを、対向部１３５ｂが燃焼ガス流れ方向の上流から下流に向かうにしたがって、分割環表面側部材１０４ｂの裏面１７２に近づく形状とすることで、燃焼ガス流れ方向の上流から下流に向かうにしたがって、冷却流路が狭くなる構造とすることができる。これにより、流路抵抗調整機構１２２ｂは、燃焼ガス流れ方向の上流から下流に向かうにしたがって、流路抵抗を高くすることができ、上流側の冷却空気の圧力を下流側の冷却空気の圧力よりも高くすることができる。
また、流路抵抗調整機構１２２ｂは、対向部１３５ｂの傾斜を変化させたが、流路抵抗が異なる抵抗となる構造であればよく、対向部１３５ｂの表面粗さを変化させてもよく、突起を設けてもよい。また、流路抵抗調整機構１２２ｂは、ガスタービン１の回転軸方向において、流路抵抗を変化させてもよい。つまり、流路抵抗調整機構１２２ｂは、ガスタービン１の回転軸方向における中心から端部に向かうにしたがって、冷却流路１２０の高さが低くなる形状としてもよい。また、流路抵抗調整機構１２２ｂは、さらに仕切板を設けてもよい。また、流路抵抗調整機構１２２ｂは、仕切板をガスタービン１の回転軸方向において、幅が変化する形状としてもよい。
本明細書中で開示した分割環５２、５２ａ、５２ｂの流路抵抗調整機構１２２、１２２ａ、１２２ｂは、それぞれ単一で用いることも、組み合わせて実施することもできる。分割環５２、５２ａ、５２ｂは、複数の流路抵抗調整機構１２２、１２２ａ、１２２ｂを組み合わることによって、燃焼ガス流れ方向の上流から下流に向かうにしたがって、流路抵抗を高くすることができる構造にすることが容易になり、上流側の冷却空気の圧力を下流側の冷却空気の圧力よりも更に高くすることができる。
次に、図１５を用いて、他の実施形態に係る分割環を説明する。図１５は、他の実施形態に係るガスタービンの分割環の側面の近傍を示す部分拡大図である。図１５に示す分割環５２ｃは、一部の形状を除いて、分割環５２と同様である。以下では、分割環５２ｃの構造の異なる点を重点的に説明し、同一の構造の部分は同一の符号を付し、説明を省略する。
分割環５２ｃは、分割環支持側部材１０２ｃと分割環表面側部材１０４ｃと、を有する。分割環表面側部材１０４ｃは、突出部１５４を備えない以外、分割環表面側部材１０４と同様の構造である。分割環５２ｃは、分割環支持側部材１０２ｃがシール機構１１４と接する。
分割環５２ｃは、突出部１５４を備えない構造とすることで、シール性は低下するが、流路抵抗調整機構１２２により、圧力を調整することで、効率よくシール空気を利用することができる。
次に、図１６を用いて、分割環製造方法について説明する。図１６は、分割環の製造方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、分割環５２を製造する場合として説明する。まず、セラミック基複合材料で分割環表面側部材１０４を製造する（ステップＳ１２）。また、分割環表面側部材１０４は、セラミック基複合材料で作製される部品を製造する方法で製造することができる。次に、金属で分割環支持側部材１０２を製造する（ステップＳ１４）。分割環支持側部材１０２は、鋳造や切削、研磨等の機械加工を行うことで製造することができる。ステップＳ１２とステップＳ１４は、逆の順番で実行しても、並行で実行してもよい。また、分割環表面側部材１０４と、分割環表面側部材１０２は、複数同時に製造してもよい。
次に、分割環支持側部材に分割環表面側部材をはめ込む（ステップＳ１６）。具体的には、ガスタービン１の径方向において、分割環表面側部材１０４の第２部分（突出部）１６４が、分割環支持側部１０２の第２突起部（突出部）１３４よりも径方向と外側となる位置で、分割環支持側部材１０２に分割環表面側部材１０４をはめ込み、分割環表面側部材１０４と前記分割環支持側部材１０２との間に冷却流路１２０を形成する。分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４とは、分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４とを延在方向（設置時にガスタービンの回転方向に沿った方向）に相対移動させることで、分割環支持側部材１０２に分割環表面側部材１０４をはめ込むことができる。
次に、分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４とのユニットである分割環を周方向に連結する（ステップＳ１８）。分割環を複数繋げることでリング形状となり、燃焼ガスが通る流路の外周面の一部となる。また、分割環５２は、他の分割環５２と連結される際に、隣接する分割環５２との間に、シール板１２６が配置される。また、分割環５２は、分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４とを嵌め合せた後、遮熱環４６に設置しても、遮熱環４６に分割環支持側部材１０２を設置した後、分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４とを嵌め合せてもよい。
分割環５２は、以上のように、分割環支持側部材１０２と分割環表面側部材１０４とを組み合わせ、かつ、分割環表面側部材１０４の第２部分（突出部）１６４が、分割環支持側部１０２の第２突起部（突出部）１３４よりも径方向と外側となる位置で、分割環支持側部材１０２に分割環表面側部材１０４をはめ込むことで、組み立てられるようにすることで、簡単に製造することができる。
１ ガスタービン
５ 圧縮機
６ 燃焼器
７ タービン
８ タービン軸
１１ 空気取入口
１２ 圧縮機ケーシング
１３ 圧縮機静翼
１４ 圧縮機動翼
２１ 内筒
２２ 尾筒
２３ 外筒
２４ 車室
３１ タービンケーシング
３２ タービン静翼
３３ タービン動翼
４１ 翼環キャビティ
４５ 翼環
４６ 遮熱環
５１ 外シュラウド
５２ 分割環
５３ 翼形部
８０ キャビティ
１０２ 分割環支持側部材
１０４ 分割環表面側部材
１１０ 凹部
１１２、１１４ シール機構
１１６ シール溝
１２０ 冷却流路
１２２ 流路抵抗調整機構
１２４ 仕切板
１２６ シール板
１３０ 本体部
１３２ 第１突起部
１３４ 第２突起部
１３５ 対向部（対向面）
１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ 貫通孔
１３８、１３９ シール溝
１５０ 表面部
１５２ 折り返し部
１５４ 突出部
１５９ 中心線
１６２ 第１部分
１６４ 第２部分
１７０ 表面
１７２ 裏面
ＣＡ 冷却空気

Claims (31)

  1. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部である分割環表面側部材であって、
    セラミックス基複合材料で形成され、
    前記燃焼ガス流路を形成する表面部と、
    前記表面部から前記ガスタービンの径方向外側に伸びた第１部分及び前記第１部分の端部から前記表面部の中心線側に伸びた第２部分を備える折り返し部と、
    前記折り返し部から、前記ガスタービンの径方向外側に伸びた突出部と、を有することを特徴とする分割環表面側部材。
  2. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部である分割環表面側部材を支持する分割環支持側部材であって、
    金属で形成され、
    前記分割環表面側部材が係合する係合部と、
    前記分割環表面側部材の前記燃焼ガス流路を形成する表面部とは反対側の面と対面し、前記表面部との冷却空気が流れる冷却空間を形成する対向部と、を有し、
    前記対向部は、前記冷却空間の流路抵抗を調整する流路抵抗調整機構を備え、
    前記流路抵抗調整機構は、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の上流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力を、燃焼ガス流れ方向の下流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力よりも高くすることを特徴とする分割環支持側部材。
  3. 前記対向部と前記冷却空気を供給する冷却空気供給空間とを接続し、前記冷却空気が流れる貫通孔を複数有し、
    前記貫通孔は、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の位置で合計断面積が異なることを特徴とする請求項２に記載の分割環支持側部材。
  4. 前記流路抵抗調整機構は、前記対向部が、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の上流側から下流側に向かうにしたがって、前記分割環表面側部材に近づく向きに傾斜して延びることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の分割環支持側部材。
  5. 前記流路抵抗調整機構は、位置に応じて前記対向部の表面粗さが異なる、及び前記対向部に凹凸部が形成されている構造の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の分割環支持側部材。
  6. 前記流路抵抗調整機構は、前記冷却空間を回転方向に直交する断面において複数の空間に分離する仕切部を含むことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の分割環支持側部材。
  7. 前記仕切部は、前記対向部に一体で設けられていることを特徴とする請求項６に記載の分割環支持側部材。
  8. 前記仕切部は、板状部材であり、対面する位置に形成された溝に挿入されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の分割環支持側部材。
  9. 前記仕切部は、前記分割環表面側部材の前記表面部とは反対側の面と接する部分が、前記分割環支持側部材とは異なる材料であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の分割環支持側部材。
  10. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、円弧形状であり、分割環支持側部材であって、
    前記円弧形状の軸方向に突出した第１係合部と、
    前記円弧形状の中心点側に形成され、前記軸方向に突出した第２係合部と、
    前記円弧形状の中心線に沿って形成された複数の貫通孔と、
    前記円弧形状の中心点側の面に形成され、前記中心点側に突出し、前記円弧形状の円弧の方向に沿って延在し、前記貫通孔同士の間に１つずつ配置された複数の凸部と、を有することを特徴とする分割環支持側部材。
  11. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環であって、
    燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材と、
    前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、
    前記分割環表面側部材の前記ガスタービン側の面とは反対側の面と対面する前記分割環支持側部材の裏面との間に配置され、前記冷却空間の流路抵抗を調整する流路抵抗調整機構と、を有し、
    前記流路抵抗調整機構は、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の上流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力を、燃焼ガス流れ方向の下流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力よりも高くすることを特徴とする分割環。
  12. 前記流路抵抗調整機構は、前記冷却空間を回転方向に直交する断面において複数の空間に分離する仕切部を含み、前記仕切部は、前記分割環表面側部材に一体で設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の分割環。
  13. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、分割環表面側部材を支持する分割環支持側部材であって、
    金属で形成され、
    前記分割環表面側部材が係合する係合部と、
    前記分割環表面側部材の前記燃焼ガス流路を形成する表面部とは反対側の面と対面し、前記表面部との冷却空気が流れる冷却空間を形成する対向部と、
    前記対向部と前記冷却空気を供給する冷却空気供給空間とを接続し、前記冷却空気が流れる複数の貫通孔と、を有し、
    前記ガスタービンの回転方向において、中心領域の貫通孔の合計面積が、端部領域の貫通孔の合計面積よりも大きいことを特徴とする分割環支持側部材。
  14. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環に含まれ、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、分割環表面側部材を支持する分割環支持側部材であって、
    金属で形成され、
    前記分割環表面側部材が係合する係合部と、
    前記分割環表面側部材の前記燃焼ガス流路を形成する表面部とは反対側の面と対面し、前記表面部との冷却空気が流れる冷却空間を形成する対向部と、
    ガスタービン回転方向に隣接する面に配置され、前記係合部の前記ガスタービンの径方向外側の端部よりも径方向内側かつ前記冷却空間よりも径方向外側に配置されたシール構造と、を有することを特徴とする分割環支持側部材。
  15. 前記シール構造は、シール溝を有し、前記シール溝に挿入されたシール板を有し、前記シール板は前記分割環表面側部材と異なる材料であることを特徴とする請求項１４に記載の分割環支持側部材。
  16. 前記シール構造よりも径方向外側に配置され、前記ガスタービンの軸方向に隣接する他の部材との間をシールする外側シール機構をさらに有することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の分割環支持側部材。
  17. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環であって、
    燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材と、
    前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、を有し、
    前記分割環表面側部材は、前記燃焼ガス流路を形成する表面部と、前記表面部と連結し、前記分割環支持側部材に係止する折り返し部と、を有し、
    前記分割環支持側部材は、ガスタービン回転方向に隣接する面に配置され、前記折り返し部の前記ガスタービンの径方向外側の端部よりも径方向内側かつ前記冷却空間よりも径方向外側に配置されたシール構造を有することを特徴とする分割環。
  18. 請求項１に記載の分割環表面側部材と、
    前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、を有し、
    前記分割環表面側部材は、燃焼ガス流れの上流側の前記突出部の前記燃焼ガス流れの上流側及び前記燃焼ガス流れの下流側の前記突出部の前記燃焼ガス流れの下流側の少なくとも一方にシール機構を有することを特徴とする分割環。
  19. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環であって、
    燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材と、
    前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材と、を有し、
    前記分割環支持側部材は、ガスタービン回転方向に隣接する面に配置され、前記ガスタービンの軸方向に延在し、両端が前記軸方向に隣接する部材と接し、前記ガスタービンの径方向の空気の流れをシールするシール機構を有し、
    前記分割環表面側部材は、前記シール機構よりも前記ガスタービンの径方向の内側に配置されることを特徴とする分割環。
  20. 前記分割環表面側部材は、前記ガスタービンの径方向において、前記分割環支持側部材が他の部材に支持されている位置から離れた位置で支持されていることを特徴とする請求項１９に記載の分割環。
  21. ガスタービンの静止側であり、動翼と対面する位置に配置される分割環と、前記分割環の両端に隣接して配置され、前記分割環を前記ガスタービンの軸方向に挟む遮熱環と、を有する静止側部材ユニットであって、
    前記分割環は、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路の一部であり、セラミックス基複合材料で形成された分割環表面側部材を有し、
    前記遮熱環は、前記遮熱環の間をシールする側面シール機構を有し、
    前記分割環表面側部材は、前記ガスタービンの軸方向の両端がそれぞれ前記側面シール機構と接することを特徴とする静止側部材ユニット。
  22. 前記分割環は、前記分割環表面側部材よりも前記ガスタービンの径方向外側に配置され、前記分割環表面側部材を支持し、前記分割環表面側部材との間に冷却空気が流れる冷却空間を形成し、金属で形成された分割環支持側部材を有し、
    前記分割環支持側部材は、前記ガスタービンの軸方向の両端が前記側面シール機構と接し、隣接する前記分割環支持側部材との間をシールする支持側シール機構を有することを特徴とする請求項２１に記載の静止側部材ユニット。
  23. 前記分割環表面側部材は、前記ガスタービンと対面する表面部と、表面部と連結し、前記ガスタービンの径方向外側に伸びた第１部分及び前記第１部分の端部から前記表面部の中心線側に伸びた第２部分を備える折り返し部と、
    前記折り返し部から、前記ガスタービンの径方向外側に伸び、前記遮熱環と対面する突出部と、を有することを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の静止側部材ユニット。
  24. 前記側面シール機構は、前記遮熱環と前記分割環表面側部材との間をシールする第１分割環シール機構を備えることを特徴とする請求項２１から請求項２３のいずれか一項に記載の静止側部材ユニット。
  25. 前記第１分割環シール機構は、前記ガスタービンの径方向の空気の流れを遮断することを特徴とする請求項２４に記載の静止側部材ユニット。
  26. 回転可能なタービン軸に取り付けられたタービン動翼と、
    前記タービン動翼に対し軸方向に対向するように固定されたタービン静翼と、
    請求項１１または請求項１２に記載の分割環と、
    前記分割環の外周に配置され、かつ前記タービン静翼を支持する車室と、を有することを特徴とするガスタービン。
  27. ガスタービンの分割環の分割環冷却方法であって、
    燃焼ガス流路の一部を形成する分割環表面側部材を支持する分割環支持側部材の径方向外側に冷却空気を供給するステップと、
    前記分割環支持側部材とセラミックス基複合材で形成された前記分割環表面側部材との間の冷却空間に、前記分割環支持側部材から前記冷却空気を供給するステップと、
    前記冷却空間に供給された前記冷却空気を前記ガスタービンの回転方向に沿って流し対流冷却をするステップと、を有し、
    前記対流冷却をするステップは、前記ガスタービンの燃焼ガス流れ方向の上流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力を、燃焼ガス流れ方向の下流側の前記冷却空間を流れる冷却空気の圧力よりも高くする流路抵抗調整機構によって流路抵抗が調整された前記冷却空間で、前記冷却空気を対流させることを特徴とする分割環冷却方法。
  28. 前記冷却空間に供給された前記冷却空気を前記冷却空間に供給された位置から前記ガスタービンの回転方向に沿った両方向に流すことを特徴とする請求項２７に記載の分割環冷却方法。
  29. 前記冷却空間を通過した前記冷却空気は、前記分割環支持側部材と隣接する前記分割環支持側部材との間を流れることを特徴とする請求項２７または請求項２８に記載の分割環冷却方法。
  30. 前記冷却空間に供給された前記冷却空気は、前記分割環支持側部材の軸方向側面と前記分割環表面側部材の側面部材の間にも流れることを特徴とする請求項２７または請求項２８に記載の分割環冷却方法。
  31. ガスタービンの分割環を製造する分割環製造方法であって、
    セラミックス基複合材料で、前記ガスタービンの燃焼ガス流路を形成する表面部と、前記表面部から前記ガスタービンの径方向外側に伸びた第１部分及び前記第１部分の端部から前記表面部の中心線側に伸びた第２部分を備える折り返し部と、前記折り返し部から、前記ガスタービンの径方向外側に伸びた突出部とを有する分割環表面側部材を製造するステップと、
    金属で分割環支持側部材を製造するステップと、
    前記ガスタービンの径方向において、前記分割環表面側部材の前記第２部分が、前記分割環支持側部材の突出部よりも径方向外側となる位置で、前記分割環支持側部材に前記分割環表面側部材をはめ込み、前記分割環表面側部材と前記分割環支持側部材との間に冷却空間を形成するステップと、を有することを特徴とする分割環製造方法。
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