JPH09250304A - セラミック製シュラウドリングの支持構造 - Google Patents
セラミック製シュラウドリングの支持構造Info
- Publication number
- JPH09250304A JPH09250304A JP6066296A JP6066296A JPH09250304A JP H09250304 A JPH09250304 A JP H09250304A JP 6066296 A JP6066296 A JP 6066296A JP 6066296 A JP6066296 A JP 6066296A JP H09250304 A JPH09250304 A JP H09250304A
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- JP
- Japan
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- shroud ring
- ceramic
- leaf spring
- turbine
- groove
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セラミック製シュラウドリングのクラックを
防止し、タービン動翼との隙間（チップクリアランス）
を狭める。 【解決手段】 ガスタービン動翼を囲繞して設けられ、
タービン動翼先端との隙間を規定するセラミック製シュ
ラウドリングの支持構造であって、シュラウドリングの
外周に円周方向に等間隔に少くとも３個の突起を設け、
シュラウドリングを囲繞する金属製支持ケーシングの内
面に上記突起に対応した位置に溝を設け、該溝に板ばね
をかけ渡して、板ばねの略中央部を上記突起に当接させ
てシュラウドリングを支持する。
防止し、タービン動翼との隙間（チップクリアランス）
を狭める。 【解決手段】 ガスタービン動翼を囲繞して設けられ、
タービン動翼先端との隙間を規定するセラミック製シュ
ラウドリングの支持構造であって、シュラウドリングの
外周に円周方向に等間隔に少くとも３個の突起を設け、
シュラウドリングを囲繞する金属製支持ケーシングの内
面に上記突起に対応した位置に溝を設け、該溝に板ばね
をかけ渡して、板ばねの略中央部を上記突起に当接させ
てシュラウドリングを支持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温ガスタービンに
使用されるセラミック製のシュラウドリングの支持構造
に関する。
使用されるセラミック製のシュラウドリングの支持構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービン入口温度（ＴＩＴ）が１０００
°〜１３５０°Ｃにもなる高温ガスタービンにおいて、
タービン動翼やそれを囲繞するシュラウドリングはＴＩ
Ｔが１２００℃の場合、１０００°Ｃを越えるガス温度
に晒されるので金属の耐熱性の限界を越え、動翼やシュ
ラウドリングに窒化けい素などのセラミックスの使用が
検討されている。
°〜１３５０°Ｃにもなる高温ガスタービンにおいて、
タービン動翼やそれを囲繞するシュラウドリングはＴＩ
Ｔが１２００℃の場合、１０００°Ｃを越えるガス温度
に晒されるので金属の耐熱性の限界を越え、動翼やシュ
ラウドリングに窒化けい素などのセラミックスの使用が
検討されている。
【０００３】図４はかかる高温ガスタービンのタービン
部分の模式断面図である。図においてａはタービン動翼
であり、タービンディスクｆに植設されて回転してい
る。ｂはセラミック製シュラウドリングであり、タービ
ン動翼ａ先端との隙間を規定すべくタービン動翼ｂを囲
繞して設けられている。ｇはタービン静翼であり高温高
圧ガスｈの流れ方向と流速を規定している。
部分の模式断面図である。図においてａはタービン動翼
であり、タービンディスクｆに植設されて回転してい
る。ｂはセラミック製シュラウドリングであり、タービ
ン動翼ａ先端との隙間を規定すべくタービン動翼ｂを囲
繞して設けられている。ｇはタービン静翼であり高温高
圧ガスｈの流れ方向と流速を規定している。
【０００４】図５（Ａ）は図４のシュラウドリング近傍
の拡大断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ
矢視図である。図においてｄはセラミック製シュラウド
リングｂを囲繞する金属製の支持ケーシングである。ｃ
は金属製のキーで、支持ケーシングｄ内面に設けられた
キー溝ｉにねじ止めされている。キーｃは円周上に等間
隔で３〜４個設けられている。シュラウドリングｂの外
周には、上記キー溝ｉと対峙してキー溝ｊが設けられて
おり、このキー溝ｊ内に嵌入したキーｃによりシュラウ
ドリングｂが固定される。ｅはタービン動翼ａ先端とシ
ュラウドリングｂ内面との間のチップクリアランスであ
り、通常タービン動翼の高さの１〜３％程度とする。
の拡大断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ
矢視図である。図においてｄはセラミック製シュラウド
リングｂを囲繞する金属製の支持ケーシングである。ｃ
は金属製のキーで、支持ケーシングｄ内面に設けられた
キー溝ｉにねじ止めされている。キーｃは円周上に等間
隔で３〜４個設けられている。シュラウドリングｂの外
周には、上記キー溝ｉと対峙してキー溝ｊが設けられて
おり、このキー溝ｊ内に嵌入したキーｃによりシュラウ
ドリングｂが固定される。ｅはタービン動翼ａ先端とシ
ュラウドリングｂ内面との間のチップクリアランスであ
り、通常タービン動翼の高さの１〜３％程度とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来技術に
おいて、 （１）セラミック製シュラウドリングｂは内周側を高温
ガスに晒され、外周側は冷却エアにより冷やされている
ため、内外で３００℃以上の温度差があり、そのため内
部に温度勾配が生じ、熱応力が発生する。特にキー溝ｊ
の隅部の応力集中がきびしく、その部分からクラックが
入りやすい。
おいて、 （１）セラミック製シュラウドリングｂは内周側を高温
ガスに晒され、外周側は冷却エアにより冷やされている
ため、内外で３００℃以上の温度差があり、そのため内
部に温度勾配が生じ、熱応力が発生する。特にキー溝ｊ
の隅部の応力集中がきびしく、その部分からクラックが
入りやすい。
【０００６】（２）キーｃおよび支持ケーシングは金属
製であり、セラミック製シュラウドリングに比べて約３
倍の熱膨張係数を有している。従ってキーｃの取付位置
精度などを考慮すると、シュラウドリングｂとキーｃと
の間に適当な円周方向のクリアランスを与えておく必要
がある。シュラウドリングｂはこのクリアランスの範囲
内で自由に動き得るので、チップクリアランスｅは円周
上不均一になり、最悪の場合には、タービン動翼ａとシ
ュラウドリングｂとが接触するおそれがある。このため
初期組立時にチップクリアランスｅを充分大きくしてお
く必要があり、結果としてタービン効率の低下を招いて
いる。
製であり、セラミック製シュラウドリングに比べて約３
倍の熱膨張係数を有している。従ってキーｃの取付位置
精度などを考慮すると、シュラウドリングｂとキーｃと
の間に適当な円周方向のクリアランスを与えておく必要
がある。シュラウドリングｂはこのクリアランスの範囲
内で自由に動き得るので、チップクリアランスｅは円周
上不均一になり、最悪の場合には、タービン動翼ａとシ
ュラウドリングｂとが接触するおそれがある。このため
初期組立時にチップクリアランスｅを充分大きくしてお
く必要があり、結果としてタービン効率の低下を招いて
いる。
【０００７】本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案
出されたものでシュラウドリングのキー溝を無くし、か
つ、シュラウドリングを高精度に支持することにより、
応力集中によるクラックの発生を防止し、かつ、クリア
ランスを小さくしてタービン効率の向上を図ることを目
的とする。
出されたものでシュラウドリングのキー溝を無くし、か
つ、シュラウドリングを高精度に支持することにより、
応力集中によるクラックの発生を防止し、かつ、クリア
ランスを小さくしてタービン効率の向上を図ることを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のセラミック製シュラウドリングの支持構造は、
ガスタービン動翼を囲繞して設けられ、タービン動翼先
端との隙間を規定するセラミック製シュラウドリングの
支持構造であって、シュラウドリングの外周に円周方向
に等間隔に少くとも３個の突起を設け、シュラウドリン
グを囲繞する金属製支持ケーシングの内面に上記突起に
対応した位置に溝を設け、該溝に板ばねをかけ渡して、
板ばねの略中央部を上記突起に当接させてシュラウドリ
ングを支持するものである。
本発明のセラミック製シュラウドリングの支持構造は、
ガスタービン動翼を囲繞して設けられ、タービン動翼先
端との隙間を規定するセラミック製シュラウドリングの
支持構造であって、シュラウドリングの外周に円周方向
に等間隔に少くとも３個の突起を設け、シュラウドリン
グを囲繞する金属製支持ケーシングの内面に上記突起に
対応した位置に溝を設け、該溝に板ばねをかけ渡して、
板ばねの略中央部を上記突起に当接させてシュラウドリ
ングを支持するものである。
【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、シュ
ラウドリングの組立時に板ばねに半径方向の予たわみを
与えるようにするのがよい。また板ばねはセラミック製
であるのが好ましい。
ラウドリングの組立時に板ばねに半径方向の予たわみを
与えるようにするのがよい。また板ばねはセラミック製
であるのが好ましい。
【００１０】次に本発明の作用を説明する。シュラウド
リングはその外周に設けた突起部分に、支持ケーシング
内面に設けた溝にかけ渡された板ばねの略中央部分を当
接させることにより支持されているので、従来のように
キー溝を設ける必要がない。従ってキー溝に発生する応
力集中もなく、クラックが発生することもない。支持ケ
ーシングは金属製なのでセラミックスより熱膨張係数が
大きく、シュラウドリングより温度が低いことを考慮し
ても運転中にはシュラウドリングよりも大きく熱膨張す
る。しかし、その熱膨張の差は板バネの変形により吸収
されシュラウドリングが支持ケーシング内で自由に動き
まわって偏心を起すことがない。従ってタービンのチッ
プクリアランスは偏心分を見込んで大きくする必要はな
く、性能上必要とされる最小値（設計計画値）に設定す
ることができ高いタービン効率が得られる。
リングはその外周に設けた突起部分に、支持ケーシング
内面に設けた溝にかけ渡された板ばねの略中央部分を当
接させることにより支持されているので、従来のように
キー溝を設ける必要がない。従ってキー溝に発生する応
力集中もなく、クラックが発生することもない。支持ケ
ーシングは金属製なのでセラミックスより熱膨張係数が
大きく、シュラウドリングより温度が低いことを考慮し
ても運転中にはシュラウドリングよりも大きく熱膨張す
る。しかし、その熱膨張の差は板バネの変形により吸収
されシュラウドリングが支持ケーシング内で自由に動き
まわって偏心を起すことがない。従ってタービンのチッ
プクリアランスは偏心分を見込んで大きくする必要はな
く、性能上必要とされる最小値（設計計画値）に設定す
ることができ高いタービン効率が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下本発明のセラミック製シュラ
ウドリングの支持構造の１実施形態について図面を参照
しつつ説明する。図１はシュラウドリング支持構造の正
面図である。図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面図であ
り、図２（Ｂ）はシュラウドリングを支持ケーシングに
押込む前の状態を示す拡大断面図である。図３は突起部
分の詳細を示す正面図である。
ウドリングの支持構造の１実施形態について図面を参照
しつつ説明する。図１はシュラウドリング支持構造の正
面図である。図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面図であ
り、図２（Ｂ）はシュラウドリングを支持ケーシングに
押込む前の状態を示す拡大断面図である。図３は突起部
分の詳細を示す正面図である。
【００１２】図１ないし図３において、１は窒化けい素
などのモノリシックセラミック製シュラウドリングで、
鋳込成形法あるいは湿圧成形法により製作する。シュラ
ウドリング１は図１に示すようにタービン動翼５を囲繞
して設けられ、タービン動翼５の先端との間に隙間ｅを
規定している。シュラウドリング１の外周には支点部を
構成する突起２が円周方向に等間隔で３〜４箇所設けら
れている。突起２の頂点は滑らかな凸曲面に形成されて
いる。３はニッケルベースの耐熱合金製の支持ケーシン
グで、シュラウドリング１を囲繞して設けられている。
支持ケーシング３の内面３ａには突起２に対応する位置
に溝３ｂが設けられている。溝３ｂの円周方向の両端に
段部３ｃが設けられている。４は金属製または窒化けい
素などのセラミック製の板ばねである。板ばね４は溝３
ｂの両端の段部３ｃ，３ｃ間にかけ渡して設けられ、板
ばね４の略中央部４ａを突起２の頂点に当接させてシュ
ラウドリング１を支持している。板ばね４は眞直な平面
状をしているが、シュラウドリング１を支持ケーシング
３内に組込むときは図２（Ｂ）に示すように、シュラウ
ドリング１を軸方向に押して、板ばね４を半径方向外側
に撓ませつつ、矢印６の方向に押込む。従って両者の端
部は丸味をつけておくのが望ましい。板ばね４は半径方
向の力を受けたとき撓みやすいように厚さを薄くする。
例えば板ばね４の材質として窒化けい素を使用し、その
許容曲げ応力を５００ＭＰａとし、撓みδを0.３ｍｍ，
長さを３０ｍｍ，巾を５ｍｍとすると、板ばね４の厚さ
は0.８ｍｍとなる。
などのモノリシックセラミック製シュラウドリングで、
鋳込成形法あるいは湿圧成形法により製作する。シュラ
ウドリング１は図１に示すようにタービン動翼５を囲繞
して設けられ、タービン動翼５の先端との間に隙間ｅを
規定している。シュラウドリング１の外周には支点部を
構成する突起２が円周方向に等間隔で３〜４箇所設けら
れている。突起２の頂点は滑らかな凸曲面に形成されて
いる。３はニッケルベースの耐熱合金製の支持ケーシン
グで、シュラウドリング１を囲繞して設けられている。
支持ケーシング３の内面３ａには突起２に対応する位置
に溝３ｂが設けられている。溝３ｂの円周方向の両端に
段部３ｃが設けられている。４は金属製または窒化けい
素などのセラミック製の板ばねである。板ばね４は溝３
ｂの両端の段部３ｃ，３ｃ間にかけ渡して設けられ、板
ばね４の略中央部４ａを突起２の頂点に当接させてシュ
ラウドリング１を支持している。板ばね４は眞直な平面
状をしているが、シュラウドリング１を支持ケーシング
３内に組込むときは図２（Ｂ）に示すように、シュラウ
ドリング１を軸方向に押して、板ばね４を半径方向外側
に撓ませつつ、矢印６の方向に押込む。従って両者の端
部は丸味をつけておくのが望ましい。板ばね４は半径方
向の力を受けたとき撓みやすいように厚さを薄くする。
例えば板ばね４の材質として窒化けい素を使用し、その
許容曲げ応力を５００ＭＰａとし、撓みδを0.３ｍｍ，
長さを３０ｍｍ，巾を５ｍｍとすると、板ばね４の厚さ
は0.８ｍｍとなる。
【００１３】また、突起２は半径方向外方に向って凸の
滑らかな曲面であればよいが、図３に示すように、半径
ｒの円筒面とするのがよい。但し先端の狭い範囲につい
ては支持ケーシング３の内面３ａの半径Ｒと同じ曲率に
加工するのが好ましい。そうすることにより板ばね４と
突起２との接触面の面積が広くなり、接触面圧を下げる
ことができる。支持ケーシング内面３ａの芯とシュラウ
ドリング１の内面１ａの芯との同芯度はできるだけ良く
なるように組立てるべきであり、 0.0１ｍｍ程度にす
る。なお、シュラウドリングの外周は精度を要しないの
で、焼上りの状態のままでよい。
滑らかな曲面であればよいが、図３に示すように、半径
ｒの円筒面とするのがよい。但し先端の狭い範囲につい
ては支持ケーシング３の内面３ａの半径Ｒと同じ曲率に
加工するのが好ましい。そうすることにより板ばね４と
突起２との接触面の面積が広くなり、接触面圧を下げる
ことができる。支持ケーシング内面３ａの芯とシュラウ
ドリング１の内面１ａの芯との同芯度はできるだけ良く
なるように組立てるべきであり、 0.0１ｍｍ程度にす
る。なお、シュラウドリングの外周は精度を要しないの
で、焼上りの状態のままでよい。
【００１４】次に本実施形態の作用を説明する。先に説
明したように、板ばね４は突起２により押されて半径方
向外方に撓んだ状態で組立てられている。ガスタービン
の作動状態では、金属製の支持ケーシング３の熱膨張係
数は、セラミック製シュラウドリング１の熱膨張係数の
約３倍大きいため、前者の温度は後者の温度に比べて低
いことを考慮しても、前者と後者は離れる傾向にある。
しかしこの熱膨張量の差による相対熱変形量よりも大き
な撓み量δを組立時に与えられているので、運転中で
も、板ばね４と突起２との押付力は維持されており、支
持ケーシング３とシュラウドリング１との同芯が保たれ
ている。
明したように、板ばね４は突起２により押されて半径方
向外方に撓んだ状態で組立てられている。ガスタービン
の作動状態では、金属製の支持ケーシング３の熱膨張係
数は、セラミック製シュラウドリング１の熱膨張係数の
約３倍大きいため、前者の温度は後者の温度に比べて低
いことを考慮しても、前者と後者は離れる傾向にある。
しかしこの熱膨張量の差による相対熱変形量よりも大き
な撓み量δを組立時に与えられているので、運転中で
も、板ばね４と突起２との押付力は維持されており、支
持ケーシング３とシュラウドリング１との同芯が保たれ
ている。
【００１５】このように従来のシュラウドリングにみら
れるキー溝がないので応力集中によるクラックの発生の
おそれがない。また支持ケーシング３とシュラウドリン
グ１の同芯性が運転中においても組立時のまま維持され
るのでチップクリアランスｅは偏心分を見込んで大きく
する必要がなく、設計上必要な最低値に設定でき、高い
タービン効率が得られる。
れるキー溝がないので応力集中によるクラックの発生の
おそれがない。また支持ケーシング３とシュラウドリン
グ１の同芯性が運転中においても組立時のまま維持され
るのでチップクリアランスｅは偏心分を見込んで大きく
する必要がなく、設計上必要な最低値に設定でき、高い
タービン効率が得られる。
【００１６】本発明は以上述べた実施形態に限定される
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
更が可能である。
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
更が可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のセラミック
製シュラウドリングの支持構造は次のような効果があ
る。 （１）シュラウドリング外周にキー溝がないので、応力
集中によるクラック発生のおそれがない。
製シュラウドリングの支持構造は次のような効果があ
る。 （１）シュラウドリング外周にキー溝がないので、応力
集中によるクラック発生のおそれがない。
【００１８】（２）シュラウドリングは外周を板ばねに
より支持されているのでシリランドリングと支持ケーシ
ングは常に同芯を維持しており、偏芯分を見込んでチッ
プクリアランスを大きくする必要がなく性能上必要とさ
れる値（設計計画値）に設定でき高いタービン効率が得
られる。 （３）シュラウドリングはセラミック製なので無冷却で
よく冷却損失の軽減が見込める。またセラミックは熱膨
張係数が小さいので、運転中のタービンチップクリアラ
ンスの低減によりタービン性能が向上する。
より支持されているのでシリランドリングと支持ケーシ
ングは常に同芯を維持しており、偏芯分を見込んでチッ
プクリアランスを大きくする必要がなく性能上必要とさ
れる値（設計計画値）に設定でき高いタービン効率が得
られる。 （３）シュラウドリングはセラミック製なので無冷却で
よく冷却損失の軽減が見込める。またセラミックは熱膨
張係数が小さいので、運転中のタービンチップクリアラ
ンスの低減によりタービン性能が向上する。
【図１】本発明のセラミック製シュラウドリングの支持
構造の正面図である。
構造の正面図である。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
（Ｂ）はシュラウドリングを支持ケーシングに取付ける
際の動きを示す説明図である。
（Ｂ）はシュラウドリングを支持ケーシングに取付ける
際の動きを示す説明図である。
【図３】突起の詳細を示す正面図である。
【図４】ガスタービンのタービン部分の断面を示す模式
図である。
図である。
【図５】（Ａ）は従来のセラミック製シュラウドリング
の支持構造を示す断面図である。（Ｂ）は（Ａ）のＢ−
Ｂ矢視図である。
の支持構造を示す断面図である。（Ｂ）は（Ａ）のＢ−
Ｂ矢視図である。
１ セラミック製シュラウドリング ２ 突起 ３ 支持ケーシング ３ｂ 溝 ４ 板ばね
Claims (3)
- 【請求項１】 ガスタービン動翼を囲繞して設けられ、
タービン動翼先端との隙間を規定するセラミック製シュ
ラウドリングの支持構造であって、シュラウドリングの
外周に円周方向に等間隔に少くとも３個の突起を設け、
シュラウドリングを囲繞する金属製支持ケーシングの内
面に上記突起に対応した位置に溝を設け、該溝に板ばね
をかけ渡して、板ばねの略中央部を上記突起に当接させ
てシュラウドリングを支持することを特徴とするセラミ
ック製シュラウドリングの支持構造。 - 【請求項２】 シュラウドリングの組付時に板ばねに半
径方向の予たわみを与える請求項１記載のセラミック製
シュラウドリングの支持構造。 - 【請求項３】 板ばねはセラミック製である請求項１ま
たは請求項２記載のセラミック製シュラウドリングの支
持構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066296A JPH09250304A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | セラミック製シュラウドリングの支持構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066296A JPH09250304A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | セラミック製シュラウドリングの支持構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09250304A true JPH09250304A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=13148784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066296A Pending JPH09250304A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | セラミック製シュラウドリングの支持構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09250304A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US10012100B2 (en) | 2015-01-15 | 2018-07-03 | Rolls-Royce North American Technologies Inc. | Turbine shroud with tubular runner-locating inserts |
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-
1996
- 1996-03-18 JP JP6066296A patent/JPH09250304A/ja active Pending
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