JPH08177527A - タービンノズル支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タービンノズルの熱膨張に対してはその変形
量を吸収しつつ、タービンノズルのタービン翼への接触
を防ぐ。 【構成】 ノズル翼８を備えたタービンノズル６を湾曲
した弾性部材１１ａと高剛性材料からなる係合部材１１
ｂ、１１ｃとで弾性支持することにより、タービンノズ
ル６の熱膨張に対してはその変形量を弾性部材１１ａが
自らの変形により吸収し、燃焼ガスの流れに伴うタービ
ンロータ１の軸方向にかかる力に対しては係合部材１１
ｂ、１１ｃがタービンノズル６のタービンロータ１側へ
の移動を制限し、タービンノズル６がタービン翼２と接
触することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
に関し、特に燃焼器で発生した燃焼ガスをタービンロー
タに導くためのタービンノズルの支持構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンは、コンプレッサ
により圧縮された高圧空気を燃焼器に導入して燃焼さ
せ、その高温高圧の燃焼ガスをタービンロータに吹きつ
けることによりタービンを回転させ動力を得るものであ
り、近年、車両駆動用内燃機関としても注目されてい
る。この種のガスタービンエンジンとして例えば、特開
平４−３１８２３１号公報に開示されるようなガスター
ビンエンジンが挙げられる。このガスタービンエンジン
のコンプレッサ駆動用タービン部分を図４に基づいて以
下に説明する。

【０００３】図４において、４１は燃焼ガスによって駆
動されるタービン翼４２を備えたタービンロータであ
り、その回転によって図より左方に位置する図示しない
コンプレッサを駆動するものである。また、このタービ
ンロータ４１の燃焼ガス流れ方向上流側には、周状に配
置された多数のノズル翼４４を備えるタービンノズル４
３が設けられている。このタービンノズル４３は、上記
ノズル翼４４を挟むようにその外側には環状の外周リン
グ４５、同様に内側には環状の内周リング４６とを備
え、この外周リング４５と内周リング４６とで上記のノ
ズル翼４４を保持した構造となっている。スクロール４
７を通過した燃焼ガスは、このタービンノズル４３のノ
ズル翼４４により整流されて、乱れのない最適な流れの
状態でタービン翼４２へ導入されることになる。

【０００４】通常、高温高圧の燃焼ガスが、スクロール
４７とタービンノズル４３を通過してタービン翼４２に
導入される際、燃焼ガスの温度によりタービンノズル４
３がタービンロータ４１の径方向に熱膨張する。このた
め、タービンノズル４３を直接コンプレッサ本体５０側
に剛体を用いて固定すると、タービンノズル４３には熱
歪が生じ、タービンノズル４３自体やその固定部材に亀
裂が発生するおそれがある。これを回避するために、従
来技術においては、内周リング４６に接続された湾曲フ
ランジ４８を介して、タービンノズル４３をコンプレッ
サ本体５０側にボルト４９により固定している。これに
より、湾曲フランジ４８をバネとして作用させてタービ
ンノズル４３を弾性支持することにより、タービンノズ
ル４３の熱膨張による変位を湾曲フランジ４８の曲げ変
位で吸収する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、高温高圧の燃
焼ガスがタービンノズル４３を通過する際、その燃焼ガ
スの流れにより、タービンノズル４３には、燃焼ガスの
流れ方向に力が作用するため、タービンノズル４３はタ
ービン翼４２側に押される。従って、上記従来技術にお
いては、タービンノズル４３の熱膨張を吸収するための
湾曲フランジ４８を用いてタービンノズル４３をコンプ
レッサ本体５０側に支持したことにより、上記燃焼ガス
の流れに伴う力がタービンノズル４３に作用すると、湾
曲フランジ４８が変形しタービンノズル４３の位置がタ
ービンロータ４１側に移動し、タービン翼４２に接触し
その回転を妨げるおそれがあるという問題がある。

【０００６】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであって、本発明が解決しようとする課題
は、タービンノズルをタービンロータの径方向には変位
可能とするが軸方向にはその変位を抑制して支持するこ
とにより、タービンノズルの熱膨張に対しては、その変
位を吸収しつつ、燃焼ガスの流れに伴うタービンロータ
軸方向に作用する力によるタービンノズルのタービン翼
への接触を抑制することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次の手段をとる。すなわち第１の発明のター
ビンノズル支持構造は、ガスタービンエンジンのタービ
ンロータに近接してその燃焼ガス流れの上流側に配置さ
れるタービンノズルを支持手段によって支持するタービ
ンノズル支持構造において、前記支持手段は、前記ター
ビンロータの径方向に対し略平行な方向への変位を許容
する弾性部材と、前記タービンロータの軸方向に対し略
平行な方向への変位を抑制する抑制部材とを、備えたこ
とを特徴とする。また、第２の発明のタービンノズル支
持構造は、ガスタービンエンジンのタービンロータに近
接してその燃焼ガス流れの上流側に配置されるタービン
ノズルを支持手段によって支持するタービンノズル支持
構造において、前記支持手段は前記タービンロータの径
方向の変位を許容するのに十分な長さだけ前記タービン
ロータの軸方向に対し略平行に延伸した板状部材からな
ることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の第１の発明によれば、タービンノズルが
熱膨張したときには、弾性部材によりその径方向の変位
を許容しつつ、燃焼ガスの流れに伴うタービンロータの
軸方向に作用する力によるタービンノズルのタービンロ
ータ側への移動を抑制部材により抑制する。また、上記
の第２の発明によれば、タービンノズルが熱膨張したと
きには、板状部材によりその径方向の変位を許容しつ
つ、燃焼ガスの流れに伴うタービンロータの軸方向に作
用する力によるタービンノズルのタービンロータ側への
移動を抑制する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１０】図１及び図２は本発明の第１実施例に係る
ガスタービンエンジンのコンプレッサ駆動用タービン部
分を示すもので、図１は全体の断面図、図２はその部分
拡大図を示す。１はタービン翼２を備えるタービンロー
タであり、軸受３を介して回転可能にコンプレッサ本体
４の軸受ハウジング５に支持されている。

【００１１】タービンノズル６は、固定翼として周方向
に配列された複数のノズル翼８を備え、これを挟むよう
にその外周側に外周リング９及び内周側に内周リング１
０が設けられている。ノズル翼８は前述のタービン翼２
と隣接するように配置されている。また、図２の部分拡
大図に良く示されているように、ボルト７によりコンプ
レッサ本体側に圧接固定された支持部材１２と、タービ
ンノズル６の内周リング１０とが、湾曲した弾性部材１
１ａにより接続されている。これにより、タービンノズ
ル６はコンプレッサ本体側に弾性支持されることにな
る。そして、高剛性材料からなりタービンロータ１の径
方向に延伸した互いに平行な当接面を有する一対の係合
部材１１ｂ、１１ｃが夫々タービンノズル６の内周リン
グ１０とコンプレッサ本体側の支持部材１２とに設けら
れ、１１ｂは図中左側、１１ｃは図中右側に配置され、
両者１１ｂ、１１ｃは、タービンロータ１の径方向に対
して、摺動可能に接触係合されている。また、タービン
ノズル６の外周リング９には弾性手段としてのリング状
の板バネ１３が接合され、この板バネ１３の端部には、
タービン翼２を周方向に包囲するように幅広の環状部材
１４が一体に設けられている。

【００１２】図示しない燃焼器からの燃焼ガスをタービ
ンロータ１へと導くスクロール１５のガス出口部分に
は、タービンノズル６との接続を補助するアダプタ１６
が設けられ、外周リング９と内周リング１０に密に嵌合
される。さらに、このアダプタ１６には弾性材料から形
成される湾曲プレート１７が接合されている。なお、ス
クロール１５は、このアダプタ１６を介して軸受ハウジ
ング５を包むインシュレータ（断熱材）１８に支持さ
れ、インシュレータ１８はさらにコンプレッサ本体４に
固定される。

【００１３】タービンロータ１を駆動した後の燃焼ガス
は、排気ディフューザ１９内に流入しエンジン本体側
（図中右側）へと流れる。エンジン本体側に固定される
この排気ディフューザ１９に対しリング状プレート２０
を介してタービンダクト２１が固定される。このタービ
ンダクト２１は、前述のタービン翼２の外側に位置する
環状部材１４の内側に挿入されて、その内方にタービン
翼２を回転可能に収納するリング状部材であり、その外
周面に形成された環状溝には、シール用リング２２が装
着される。そして、排気ディフューザ１９にはリング状
プレート２０及びタービンダクト２１を包むように、弾
性材料からなる第２のリング状プレート２３が接合され
る。

【００１４】この第１実施例においては、スクロール１
５内を通過してタービン翼２へ導入される高温高圧の燃
焼ガスがタービンノズル６を通過する際、タービンノズ
ル６の熱膨張による変位を弾性部材１１ａがその自らの
変形により吸収し、支持部材１２とボルト７に応力が作
用しないようにする。また、同時に燃焼ガスの排気流動
に伴い、タービンノズル６には燃焼ガスの流れ方向、つ
まり、タービンロータ１の軸方向に力（図１、図２にお
ける右方向の力）が作用し、タービンノズル６はタービ
ン翼２側に押される。このため、タービンノズル６の内
周リング９に固定される係合部材１１ｂがタービン翼２
側に押されるが、支持部材１２に固定された係合部材１
１ｃがこれを抑止する。これにより、タービンノズル６
のタービンロータ１の径方向への移動を拘束することな
くタービンロータ１側への移動を制限するため、タービ
ンノズル６はタービン翼２に接触することはない。すな
わち、タービンノズル６を弾性部材１１ａと係合部材１
１ｂ、１１ｃとからなる支持手段によりコンプレッサ本
体側に支持することで、タービンノズル６は、タービン
ロータ１の径方向に対しては自由に変形可能となり、タ
ービンロータ１の軸方向に対してはその動きが制限され
る。

【００１５】次に本発明の第２実施例を以下に説明す
る。この第２実施例において、主要部の構成は第１実施
例と同様であるため、同一構成には同一符号を付して示
し、共通する構成に関する詳細な説明は省略する。図３
は第２実施例に係るタービンノズル部の拡大図であり、
この図３に基づいて説明する。タービンノズル６は、第
１実施例と同様に固定翼として周方向に配列された複数
のノズル翼８と、その外周側に位置する外周リング９及
び内周側に位置する内周リング１０から形成されてお
り、そのノズル翼８がタービンロータ１のタービン翼２
と隣接するように配置される。また、この第２実施例に
よれば、ボルト７により軸受ハウジング５に固定された
コンプレッサ本体側の支持部材１２はタービンロータ１
の径方向にタービンノズル６の内周リング１０近傍まで
延伸している。そして、このコンプレッサ本体側の支持
部材１２とタービンノズル６の内周リング１０とが、タ
ービンロータ１の軸方向に延伸した板状部材である板状
弾性部材１１により接続される。

【００１６】この第２実施例においては、スクロール１
５内を通過してタービンダクト２へ導入される高温高圧
の燃焼ガスがタービンノズル６を通過する際、タービン
ノズル６が熱膨張により変形すると、板状弾性部材１１
が曲げ変形を起こし板バネとして機能する。これによ
り、タービンノズル６の変位を板状弾性部材１１が吸収
し、支持部材１２とボルト７への負担がかからないよう
にする。また、同時に燃焼ガスの排気流動に伴い、ター
ビンノズル６には燃焼ガスの流れ方向、つまり、タービ
ンロータ１の軸方向に作用する力に対しては、板状弾性
部材１１がその引張りに抗することでタービンノズル６
のタービンロータ１側への移動を制限するための抑制部
材として機能する。すなわち、板状弾性部材１１をター
ビンロータ１の軸方向に延伸して配置させることで、タ
ービンロータ１の径方向には曲げ変形によるバネとして
機能し、タービンロータ１の軸方向には引張り強さによ
る抑制部材として機能する。この板状弾性部材１１を備
えた支持手段により、タービンノズル６を支持すること
で、タービンノズル６の熱膨張が他部位に悪影響を及ぼ
すことがなく、かつ、タービンノズル６はタービン翼２
と接触することもない。

【００１７】この第２実施例では、板状弾性部材１１を
タービンロータ１の軸方向に延伸させることで、板状弾
性部材１１が、タービンノズル６をタービンロータ１の
径方向には自由に移動させる機能と、タービンロータ１
の軸方向にはその動きを制限する機能とを備えた構造と
なっている。従って、一部材が２つの機能を有すること
から前述の第１実施例に対して、比較的シンプルな構成
で本発明の作用効果が得られ実用上有利である。

【００１８】また、上述のタービンノズル近傍でタービ
ンロータ１の軸方向に延伸させた板状弾性部材１１の一
端を、タービンロータ１の径方向に直接ボルト７近傍ま
で延長し、この板状弾性部材１１の延伸した部分を除
き、その周囲を密接して囲むように高剛性の支持部材１
２を形成しても良い。この場合でも基本的な作用、効果
は上述の構成と同様となる。すなわち、タービンロータ
１の軸方向に延伸した板状弾性部材１１の露出部分は板
バネとして機能し、支持部材１２はタービンロータ１の
軸方向への板状弾性部材１１の変形を抑止する抑制部材
として機能することになる。

【００１９】なお、上記各実施例におけるタービンノズ
ル支持構造は、コンプレッサ駆動用タービンのタービン
ノズルに具体化したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、コンプレッサ駆動用タービンのタービンノ
ズル以外の、回転するタービン翼の燃焼ガス流れ方向上
流側に隣接して弾性支持されるタービンノズルに対して
も適用可能である。

【００２０】

【発明の効果】第１の発明に係るタービンノズルの支持
手段を有したタービンノズル支持構造によれば、熱膨張
によるタービンノズルの変位を支持手段が許容すること
で、その影響をコンプレッサ本体側まで及ぼすことな
く、タービンノズルのタービン翼への移動を制限するこ
とで、タービンノズルのタービン翼への接触を防ぐこと
ができる。また、第２の発明に係るタービンノズルの支
持手段を有したタービンノズル支持構造によれば、熱膨
張によるタービンノズルの変位を支持手段が許容するこ
とで、その影響をコンプレッサ本体側まで及ぼすことな
く、タービンノズルのタービン翼への移動を制限するこ
とで、タービンノズルのタービン翼への接触を防ぐこと
ができる。さらに、上記支持手段は単一の部材により構
成されるため、比較的容易に設計及び組付けを行うこと
ができ実用上有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るタービンノズル支持
構造のタービンノズル部を示す断面図である。

【図２】図１の部分的拡大図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るタービンノズル支持
構造のタービンノズル部の拡大図である。

【図４】従来技術におけるタービンノズル支持構造のタ
ービンノズル部を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・タービンロータ ６・・・タービンノズル １１・・・板状弾性部材（板状部材） １１ａ・・・弾性部材 １１ｂ・・・係合部材（抑制部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンエンジンのタービンロータ
   に近接してその燃焼ガス流れの上流側に配置されるター
   ビンノズルを支持手段によって支持するタービンノズル
   支持構造において、 前記支持手段は、前記タービンロータの径方向に対し略
   平行な方向への変位を許容する弾性部材と、前記タービ
   ンロータの軸方向に対し略平行な方向への変位を抑制す
   る抑制部材とを、備えたことを特徴とするタービンノズ
   ル支持構造。
2. 【請求項２】 ガスタービンエンジンのタービンロータ
   に近接してその燃焼ガス流れの上流側に配置されるター
   ビンノズルを支持手段によって支持するタービンノズル
   支持構造において、 前記支持手段は前記タービンロータの径方向の変位を許
   容するのに十分な長さを有する前記タービンロータの軸
   方向に対し略平行に延伸した板状部材からなることを特
   徴とするタービンノズル支持構造。