JPH02149702A - 燃焼タービン、その製造方法、及び同燃焼タービンにおける羽根セグメント支持・整列装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼タービン即ちガスタービンに関し、特に
羽根セグメント支持・整列装置を有する燃焼タービンに
関するものである。

ｋ股狡Ｘ 時として゛′ガスタービン”′とも称される大型の産業
用燃焼タービンの３分の２以上のものは発電に用いられ
ている。これ等の燃焼タービンは、自動化及び遠隔制御
に良く適しているので、主として、電気事業会社により
ピーク負荷時のために用いられている。また、発電が緊
急に付加的に必要とされる場合、精製燃料が低価格で入
手可能である場合、或はタービンの排気エネルギーを利
用することができる場合には、燃焼タービンは、基底負
荷発電にも使用されている。

発電環境における典型的な燃焼タービンは、４つの基本
的部分、即ち、（１）入口部、＜２）圧１ｉ！ｍ部、（
３）燃焼器部及び（４）排気部から構成されている。入
口部から燃焼タービンに流入する空気は圧縮機部内で断
熱圧縮されて、燃焼器部で燃料と混合され一定圧力で加
熱される。しかる後、加熱された空気は排気部から排出
され、その結果、混合ガスの断熱膨張が行われ、基本的
な燃焼タービンサイクルが完了する。この基本的な燃焼
タービンサイクルは一般に、プレイｌ〜ンサイクル又は
ジュールサイクルと称されている。

周知のように、慣用の燃焼タービンの正味出力は、該タ
ービンが発生するエネルギーと圧ｉ機部によって吸収さ
れるエネルギーとの間の差に相当する。典型的には、燃
焼タービンのエネルギーのうちの約３分の２は、その圧
縮機部を駆動するのに用いられている。従って、燃焼タ
ービンの総合性能は、圧縮機部の効率に非常に敏感であ
る゛８高効率高圧力比のｔ、Ｉ持を確保するために、殆
どの圧縮機部は、軸に沿って軸方向に配置された複数の
回転羽根と、該回転羽根間に介装されて、段付きラビリ
ンス中間シールを有するダイアフラム組立体を構成する
複数の内側シュラウド固定羽根もしくは固定羽根セグメ
ントとを有するロータから構成される軸流構造のもので
ある。

圧縮機の効率を減少させる１つの主たる要因は、タービ
ンの軸線に沿う固定円筒組立体に対するタービン内の羽
根セグメントの不整列に見い出すことができる。−最的
には、羽根セグメントに対する空気動力学的抗力が最小
となるように、タービンの内筒及び外筒の間で羽根セグ
メン（へを半径方向に緻密に整列することが望ましい。

羽根セグメントの表面に対し法線方向及び接線方向に作
用するこのような空気動力学的な力は、トルク及びモー
メントを発生するが、これ等のトルク及びモーメントは
、羽根セグメント自体を介さずに燃焼タービンのケーシ
ングに伝達するのが望ましい。さもなければ、このよう
なトルク及びモーメントで、羽根セグメントが整列関係
から離脱する傾向が生ずるからである。従って、当該技
術分野には、長い間、このような空気動力学的に空気流
により発生される力を、燃焼タービンの羽根セグメント
を介さずに燃焼タービンのケーシングに伝達する装置及
び方法に対する必要性が存在していた。

従来の試みとして、一般に低負荷環境では、内側及び外
側シュラウドを有する羽根セグメントが用いられている
。この種の試みによれば、外側シュラウドから離間して
片持ち梁形式で支持された羽根セグメントが用いられて
おり、そしてこれ等の羽根セグメント及びシュラウドは
、内筒及び外筒に永久的に固定されている。しかし、従
来の試みは、最新の高負荷燃焼タービンには適用できな
い。その理由は、羽根セグメント自体のシャー寸法（ｓ
ｈｅｅｒ　５ｉｚｅ）自体に起因し、タービンの内筒及
び外筒の公差が、正確な整列を許容しないからである。

更に、現在用いられている燃焼タービンは大きな寸法を
有しているために、空気動力学的な力によりタービン効
率が減少した場合に手作業で羽根セグメントを整列すべ
く羽根セグメント及びシュラウドを円筒から物理的に取
り外すことは実際的ではなく且つ経済的でもない。更に
、タービンにおける羽根セグメントの不整列は、特に高
負荷環境において比較的高頻度で生起するので、従来の
片持ち梁成構造では、羽根セグメントの頻繁な微調整に
よる整列は不可能である。

以上のような理由から、内筒と外筒との間に調節可能な
羽根セグメントを有する燃焼タービンに対する必要性が
、当該技術分野において既に久しく存在している。羽根
セグメンｌ〜に対し法線方向及び接線方向に作用する力
によって生ずる空気動力学的抗力は、内筒と外筒との間
で羽根セグメントを半径方向に整列した状態に保持する
ことにより最小にすべきである。また、燃焼タービン内
での羽根セグメントの整列は、高負荷燃焼タービン発電
環境と関連して経済的且つ効率的な仕方で実現すべきで
ある。また、加熱されたガスの空気動力学的な流れによ
って生ずるトルク及びモーメントを、羽根セグメントを
経ることなく、燃焼タービンの内筒及び外筒並びにケー
シングに伝達することができる羽根セグメント整列方法
及び装置を実現するのが望ましい。

ｌ肌座盗贋 従って、本発明の一最的な目的は、改良された燃焼ター
ビンを提供することにある。具体的には、本発明の目的
は、このような燃焼タービンにおいて使用するための改
良された圧縮機羽根セグメント整列装置と、燃焼タービ
ンの内筒と外筒との間で羽根セグメントを整列する改良
された方法とを提供することにある。

本発明の更に池の目的は、加熱されたガスの空気動力学
的な流れによって発生される負荷な、羽根セグメントか
ら燃焼タービンの内筒及び外筒とケーシングとに伝達す
る羽根セグメント整列装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、羽根セグメン１〜の不整列を
実質的に最小限度に抑止し、空気動力学的力によって羽
根セグメントに発生されるトルク及びモーメントを、内
筒を介して燃焼タービンのゲージングに伝達する燃焼タ
ービンにおける羽根セグメント整列方法を提供すること
にある。

本発明の更に他の目的は、高負荷発電環境において大型
の燃焼タービンの羽根セグメントの効率的且つ経済的な
整列を可能にする装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、経済的且つ効率的な仕方で燃
焼タービン発電装置における羽根セグメントを整列する
方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、燃焼タービンの内筒と外筒と
の間で羽根セグメントを整列し、それよりタービン効率
及び発電効率を高める方法及び装置を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、現在の技術で容易に且つ低コ
ストで製作することができ、しかも容易に設置したり或
は既存の燃焼タービンと交換することが可能である燃焼
タービンで使用するための羽根セグメント支持・整列装
置を提供することにある。

本発明の上に述べた目的並びに他の目的、利点及び新規
な特徴は、入口部、圧縮機部、燃焼器部、排気部、燃焼
器部内に設けられた複数の羽根セグメント及び羽根セグ
メントの一端を円周方向及び半径方向において固定する
ための外筒を有する燃焼タービンにおいて達成される０
羽根セグメントの他端を、調節自在に固定するために内
筒が設けられ、各羽根セグメントは、内筒に調節自在に
固定される側の端部に位置するスロットを有するゆ内筒
と外筒との間で羽根セグメントを整列するための手段が
設けられて内筒に取り付けられる。

本発明の１つの重要な側面によれば、羽根セグメント整
列装置を手動で付勢して複数の羽根セグメントを内筒と
外筒との間で半径方向に位置決めすることができるので
、さもなくば羽根セグメントに対する空気動力学的な力
で生ずる内筒及び外筒に対する羽根セグメントの不整列
は、実質的に除去される。また、本発明の好適な実施例
においては、空気動力学的に誘起されるトルク及びモー
メントは、羽根セグメントを経ずに、内筒に取り付けら
れるトルク板を介して伝達されるので、タービン運転中
の羽根セグメントの空気動力学的原因による不整列は低
減される。空気動力学的に誘起されるトルク及びモーメ
ントは最終的には、タービンケーシングに伝達されて、
そこで何んら害を伴うことなく消散する。燃焼タービン
における羽根セグメンＩ・の改良された整列で、タービ
ン効率は劇的に改善され、それにより発電費用が相応に
減少する。更に、本発明による羽根セグメント整列装置
は、最小限の時間内で羽根セグメントの効率的でしかも
容易な調節を可能にし、それにより燃焼タービンの保守
コスト及び運転停止時間が減少される。

本発明の上に述べた目的及び他の目的、利点並びに新規
な特徴は、添付図面と関連しての好適な実施例に関する
以下の詳細な説明から一層明瞭になるであろう。

適ｔ−１の宕、を手口 燃焼タービンは一般に、入口部と、圧縮機部と、燃焼器
部と、排気部と、上記燃焼器部内に設けられて半径方向
に延び円周方向に沿い外筒に固定されている複数の羽根
セグメントとから構成されている。本発明の好適な実施
例においては、内筒が設けられ、該内筒に羽根セグメン
トの端が調節可能に固定される。本発明の更に好適な実
施例においては、各羽根セグメントの、内筒に取り付け
られる方の端部にはスロットが設けられる。本発明によ
れば、内筒と外筒との間で各羽根セグメントを整列する
ための手段（支持・整列手段）が設けられ、該手段は内
筒に取り付けられる。

羽根セグメントを整列するための手段は、例えばトルク
板により上記手段を内筒に固着するための手段を具備す
るのが好ましい。ここで、ｌ・ルク板とは、空気動力学
的力及びモーメントを内筒に伝達する板であると定義さ
れる。更に好適な実施例においては、トルク板はスプラ
インが形成されている中心孔を有する。また、上記スプ
ライン１寸き中心孔を貫通して回転可能な偏心ブッシン
グを設けて、羽根セグメントの整列時に該回転可能な偏
心ブッシングがスプライン付き中心孔に係合するように
配でするのが、−ｍ的に望ましい。ここで回転可能なブ
ッシングが“偏心”であるとは、該ブッシングが厳密な
意味で円筒形ではなく少なくとも２つの異なった直径部
分を有することを表す。

本発明の好適な実施例においては、偏心ブッシングと協
働関係でねじ付きカバー板が設けられる。

このカバー板は、偏心ブッシングの一つの直径部分が該
カバー板のねじと係合可能で、上記偏心ブッシングの別
の直径部分がトルク板のスプラインと係合可能なように
、上記トルク板に収り付けられる。このようにして、好
適な実施例においては、偏心ブッシングは、羽根セグメ
ントに対して確りと且つ固定的に収容され、それにより
、羽根セグメントを内筒と外筒との間で整列関係に保持
することができる。

本発明の更に他の好適な実施例においては、偏心ブッシ
ングの一つの直径部分にピンが取り付けられて、このピ
ンは、内筒に調節可能に取り付けられた羽根セグメント
端部に設けられているスロットと協働する。このピンは
、整列過程中、偏心ブッシングの回転に応じて羽根セグ
メントを内筒と外筒との間で整列する働きをする。更に
、ブッシング、トルク板及びカバー板の組立体は、羽根
セグメントの整列関係を乱す傾向を有する空気動力学的
に誘起されるトルク及び力を、内筒を介し、羽根セグメ
ントではなく、最終的に燃焼タービンのケーシングに伝
達する働きをする。このように、燃焼タービン内におい
て羽根セグメントの整列を確保するための本発明による
装置は、羽根セグメントの整列を経済的且つ効率的に許
容する装置並びに空気動力学的に誘起されるトルク及び
モーメントを羽根セグメントではなくタービンのケーシ
ングに伝達する装置に対し当該技術分野で久しく要望さ
れていた必要性を満たすものである。

次に、幾つかの図を通じ同じもしくは対応の部分を同じ
符号で表す図面を参照すると、第１図には、本出願人に
より製造されているＷ−５０１０型の単軸高負荷燃焼タ
ービンのような公知の燃焼タービン４を用いる典型的な
発電プラント２のレイアウトが示しである１発電プラン
ト２は、通常のように、タービン４によって駆動される
発電１ｌｌ１６と、始動装置８と、グリコール冷却器１
２を有する電気ユニット１０と、油冷却器１６を有する
機械ユニット１４と、空気冷却器１８とを備えており、
これ等はそれぞれタービン４の運転を支援する。運転中
のタービン４と関連して発生する流れによるノイズを消
音するための慣用の手段２０が発電プラント２の入口ダ
クト及び排気部に設けられており、他方、発生された電
気を送るために発電１６には慣用の端子手段２２が設け
られている。第２図は、タービン４の詳細斜視図である
６タービン４は、入口部２４と、圧縮機部２６と、燃焼
器部２８と、排気部３０とから略々構成される。入口部
２４を介してタービン４に流入する空気は圧縮機部２６
内で断熱的に圧縮され、燃焼器部２８内で燃料と混合さ
れて一定の圧力で加熱される。加熱された燃料／空気混
合ガスは、しかる後に排気部３０を介して燃焼器部２８
から排出されて、その結果、ガスの断熱膨張が行われて
基本的な燃焼タービンサイクルが完了する。このような
熱力学的サイクルは、プレイトンサイクル或はジュール
サイクルとも称されている。

タービン４内に望ましい高効率高圧力関係が維持される
ようにするために、慣用の燃焼タービンの殆どの圧縮機
部と同様に、圧縮機部２６は、ロータ３２を有する軸流
構造のものである。ロータ３２は、一般に、軸３６に沿
って軸方向に配置されている複数の回転羽根３４から構
成される。タービン全体はケーシング４０によってほぼ
囲繞されている。

高負荷状態においては、発電プラント２は大皿の電気を
発生することを要求される。この高負荷状態においては
、タービン４は、入口部２４から排気部３０へと流れる
高温の空気／燃料混合物によって発生される空気動力学
的な流れが第３図に示しである羽根セグメント３８に衝
突するピーク出力もしくは近ピーク出力で動作する。一
方、この流れで、羽根セグメントを整列関係から離脱さ
せる傾向を有するトルク及びモーメント並びに応力が、
羽根セグメントに空気動力学的に誘起される。第３図は
、基本的な羽根セグメント構造を示しており、この羽根
セグメント構造は、羽根セグメント３８と、外筒４２と
、内筒４４とからなる。羽根セグメン１〜３８は一般に
、符号４６で示すように、外筒４２に固着される。

本発明によれば、羽根セグメント３８にはスロット４８
が設けられ、それにより、羽根セグメント３８を外筒４
２と内筒４４との間において整列することができる。羽
根セグメントの整列は、本発明による装こを用いて達成
される。羽根セグメント３８は、内筒及び外筒に対し羽
根セグメントを軸方向に位置決めすることにより内筒４
４及び外筒４２に対し円周方向及び半径方向に保持され
る。

次に、第４図を参照すると、羽根セグメント支持・整列
装置が示しである。羽根セグメント３８は内筒４４に調
節可能に取り付けられる。羽根セグメン１〜３８に形成
されたスロット４８は、ビン５０が該スロット４８内に
摩擦保持されるように該ビン５０を受は入れるようにな
っている。ビン５０に取り付けられている偏心ブッシン
グ５２が設けられ、偏心ブッシング５２を回転する時に
、ビン５０で羽根セグメント３８を調節することができ
るようになっている。

ねじ付きカバー板５４が設けられ、偏心ブッシング５２
を回転することによりビン５０で羽根セグメント３８を
整列することができるように該偏心ブッシング５２に取
り付けられている。更に、羽根セグメント３８を介し、
内筒４４には、ねじ付きトルク板５６が取り付けられる
。その場合、偏心ブッシング５２は、トルク板５６とカ
バー板５４に設けられているねじが係合することにより
、トルク板５６に固定される。

トルク板５６には、偏心ブッシング５２の大径端部を受
けるための中心孔５８が設けられている。該中心孔５８
には、符号６０で示すようにスプラインが形成されてい
る。ビン５０にも同様に、符号６２で示すようにスプラ
インが形成されており、従って、羽根セグメントの整列
が実現された後には、偏心ブッシング５２がトルク板５
６のスプライン６０と係合し、その結果、ブッシング５
２のビン５０の端部は、羽根セグメント３８のスロット
４８内にロックされる。スプライン６０及び６２は係合
し、ブッシング５２を僅かに調節したり回転することに
よって、羽根セグメント３８及びスロット４８に対する
ビン５０の微調節を行うことが出来る。ブッシングとビ
ンの組立体は、タービン運転中、トルク板５６と羽根セ
グメント３８との間における軸方向の隙間６４を小さく
することにより羽根セグメントの軸方向の移動を制限す
る。

上記軸方向の隙間６４は、偏心ブッシングとビンの組立
体により最小に保持され、それにより、内筒４４と外筒
４２との間において羽根セグメント３８の極めて正確な
整列が実現される。更に、偏心ブッシングとビンの組立
体は、トルク板５６と羽根セグメント３８との間の熱成
長領域６６が大きい変動と受ける時に、羽根セグメント
３８の円周方向及び半径方向の整列を高精度に維持する
。好適な実施例においては、ｌ・ルク板５６はボルト７
２により内筒４４に固定される。

第５図は、第４図の線５−５に沿って見た羽根セグメン
ト整列装置の図である。第５図には、偏心ブッシング５
２と、トルク板５６及びカバー板５４とのピーニング及
びスプライン係合構造が示しである９１〜ルク板及びカ
バー板のピーニング領域は符号６８で示されている。ト
ルク板５６及びカバー板５４のねじ７０の係合も図示し
である。ねじ７０に沿い（回心ブッシングを回転するこ
とにより、羽根セグメン１へ３８のスロット４８内にお
けるビン５ｏの調節が可能となる。

トルク板５６の中心孔５８は、符号６０で示すようにス
プラインが形成されている。ビン５０にも、符号６２で
示すようにスプラインが形成されており、それにより、
整列が行われた後、ビン５０はトルク板５６と係合して
偏心ブッシング５２を所定位置に固定する。スプライン
係合構造により、内筒及び外筒に対する羽根セグメント
３８の微調節が可能となる。

このように、本発明による羽根セグメント支持整列装置
は、燃焼タービンの内筒及び外筒の間て円周方向及び半
径方向に羽根セグメントを正確に整列し維持する装置に
対する当該技術分野で既に久しく要望されている必要性
を満たすものである。

好適な実施例においては、本発明に従って、２つの端部
を有する複数のスロツ１へ付き羽根セグメンｌ〜を備え
た燃焼タービンの製造方法が提供されている。一般に、
羽根セグメントの一端が外筒に、半径方向及び円周方向
に固定して取り付けられるように燃焼タービンの外筒を
設けるのが望ましい。

また一般に、羽根セグメントの他端が内筒に調節可能に
取り付けられるように内筒を設けるのが望ましい。好適
な実施例においては、スロット付き羽根セグメントの各
々と対応協働関係にある複数の偏心ブッシングが設けら
れていて、各々の羽根セグメンＩ・を整列することがで
きる。偏心ブッシングを使用して、次に羽根セグメント
を整列する。

以上、燃焼タービンにおいて羽根セグメントを整列する
たｙ）の装置及び方法について説明した。

しかし、好適な実施例に関する以上の詳細な説明に二み
、多くの変更及び変形が可能である。従って、ここに開
示した好適な実施例の変更及び変形は、本発明の特３’
Ｆ請求の範囲に包含され、本発明は上に詳述したのとは
異なった仕方でも実施可能であることが当業名に理解さ
れるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、燃焼タービンを使用する輿望的な発電プラン
トを示す配置図、第２図は、第１図に示した燃焼タービ
ンを部分的に切除して示す斜視図、第３図は、内筒及び
外筒に取り１寸けられた燃焼タービンで用いられる複数
の羽根セグメン■・の１つを示す図、第４図は、羽根セ
グメンＩ・と係合した状態で羽根セグメント支持・整列
装置の好適な実施例を示す図、第５図は、第４図の線５
−５における羽根セグメント支持 る。 ４・・・燃焼タービン ２６・・・圧縮機部 ３０・・・排気部 ４２・・・外筒 ５０・・・ビン ５６・・トルク板 ・整列装置の断面図であ ２４・・・入口部 ２８・・・燃Ｖｔ器部 ３８・・羽根セグメント ４４・・・内筒 ５２・・・偏心ブッシング ５８・・・中心孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）羽根セグメントを支持し且つ整列するための装置を
   有する燃焼タービンであって、 中心孔を有するトルク板と、 該トルク板の前記中心孔内に配置された回転可能な偏心
   ブッシングと、 該偏心ブッシングの回転時に前記羽根セグメントと係合
   して該羽根セグメントを整列するように、前記偏心ブッ
   シングに対し協働関係で設けられたピンと、 を含む燃焼タービン。 ２）入口部と、圧縮機部と、燃焼器部と、排気部と、前
   記燃焼器部内に設けられた複数の羽根セグメントと、該
   羽根セグメントの一端を固定するための外筒とを有する
   燃焼タービンにおける改良式の羽根セグメント支持・整
   列装置であって、前記複数の羽根セグメントを調節可能
   に固定するための内筒と、 前記羽根セグメントを、前記内筒と該内筒に取り付けら
   れた前記外筒との間で円周方向及び半径方向に支持し且
   つ整列するための複数の支持・整列手段と、 の組み合わせからなる燃焼タービンにおける羽根セグメ
   ント支持・整列装置。 ３）２つの端部を備えた複数のスロット付き羽根セグメ
   ントを内部に有する燃焼タービンを製造する方法であっ
   て、 外筒を用意して、前記羽根セグメントの一端を前記外筒
   に固着し、 内筒を用意して、前記羽根セグメントの他端を前記内筒
   と調節可能に取り付け、 前記羽根セグメントを整列するために該羽根セグメント
   の各々と対応協働関係で複数の回転可能な偏心ブッシン
   グを設け、 前記羽根セグメントを整列する、 諸ステップを含む燃焼タービンの製造方法。