JPH09317403A - タービン用静翼支持ダクトの取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な材料を使用することなく、高温に晒さ
れる静翼支持ダクトの半径方向の伸びを許容すると共
に、静翼支持ダクトの偏芯を防止する。 【解決手段】 タービンブレード９ｂ，１０ｂの入口に
配置される静翼１７，１８を支持する静翼支持ダクト１
４，１５を、ダクトフランジ１９，２４を介して本体フ
ランジ２１，２３に取付けている静翼支持ダクトの取付
構造であって、本体フランジ２１，２３の周方向に少な
くとも夫々３本以上の軸方向ピン２８，３３を略等間隔
を隔てて設け、ダクトフランジ１９，２４に軸方向ピン
２８，３３に密に嵌合して半径方向に開口したＵ字形切
欠２９，３４を形成し、ダクトフランジ１９，２４を熱
に対して拡縮自在に本体フランジ２１，２３に支持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンやジ
ェットエンジンに用いられるタービン用静翼支持ダクト
の取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンの概要を図６に示すと、図
示するように、吸気ダクト１を通って吸い込まれた空気
ａは、第１段および第２段圧縮機２，３によって２段圧
縮された後、燃料ノズル４から供給される燃料と共に燃
焼室５内に導かれて混合され、着火装置６によって着火
される。

【０００３】燃焼室５の燃焼ガスｇは、本体７に固定さ
れたガスダクト８を通って第１段および第２段タービン
９，１０を駆動した後、排気される。これら第１段およ
び第２段タービン９，１０の回転は、各タービンディス
ク９ａ，１０ａ前部に設けられたカービック継手１１を
介して第１段および第２段圧縮機２，３に伝達される。

【０００４】図７は図６のＶＩＩ部分を拡大して示した
詳細図であり、図示するように、テンションボルト１２
に、第１段用および第２段用のタービンディスク９ａ，
１０ａが固定されており、これらタービンディスク９
ａ，１０ａの外周に、周方向に間隔を隔てて複数のター
ビンブレード９ｂ，１０ｂが設けられている。タービン
ブレード９ｂ，１０ｂの外側には、タービンブレード９
ｂ，１０ｂの先端から所定の隙間を隔てて、リング状の
シュラウドケーシング１３が配置されている。

【０００５】前記タービンブレード９ｂ，１０ｂの夫々
の燃焼ガスｇ入口には、第１段および第２段静翼支持ダ
クト１４，１５が本体１６に取付けて設けてあり、静翼
支持ダクト１４，１５に第１段および第２段静翼１７，
１８が一体に固定されている。

【０００６】静翼支持ダクト１４，１５は、通常ステン
レス系材料にて構成された内側ダクト１４ａ，１５ａと
外側ダクト１４ｂ，１５ｂからなっており、図示の場
合、第１段静翼支持ダクト１４における外側ダクト１４
ｂは、その前端が前記ガスダクト８の外側部８ｂに溶接
にて一体に固定され、且つ後端がシュラウドケーシング
１３の外側部材に接触している。また内側ダクト１４ａ
は、前端がダクトフランジ１９を介して前記ガスダクト
８の内側部８ａと共に固定ボルト２０を介して本体フラ
ンジ２１に固定され、且つ後端がタービンディスク９ａ
の外周部９ａ’近傍まで延びている。前記本体フランジ
２１内側位置の本体１６には、前記タービンディスク９
ａと圧縮機ディスク３ａとの間のシールを行うラビリン
スシール２２が取付けられている。

【０００７】また、第２段静翼支持ダクト１５における
外側ダクト１５ｂは、その後端が本体１６に形成された
本体フランジ２３に、ダクトフランジ２４を介して固定
ボルト２５により固定され、且つ前端が前記シュラウド
ケーシング１３の外周部材に接触している。また、内側
ダクト１５ａは、タービンディスク９ａ，１０ａの夫々
の外周部９ａ’，１０ａ’の近傍位置に亘って設けてあ
り、前記内側ダクト１５ａの内側には、前記タービンデ
ィスク９ａ，１０ａ間のシールを行うラビリンスシール
２６がばね２７を介して取付けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、第１
段静翼支持ダクト１４は、テンションボルト１２の軸心
に対して芯を合わせるために固定ボルト２０により本体
フランジ２１に精度よくしっかり固定されており、また
第２段静翼支持ダクト１５は、テンションボルト１２の
軸心に対して芯を合わせると共に、ラビリンスシール２
６の芯を合わせるために、固定ボルト２５により本体フ
ランジ２３に精度よくしっかり固定されている。

【０００９】ところで、前記静翼支持ダクト１４，１５
は、高温（８００℃以上）の燃焼ガスｇに晒され、ステ
ンレス系材料の静翼支持ダクト１４，１５は熱膨張によ
って拡径する。また、本体１６の温度は通常３５０℃程
度であり、熱による変形量は小さい。

【００１０】従って、前記静翼支持ダクト１４，１５
は、固定ボルト２０，２５により拘束された状態で熱変
形を起こすことになるために、静翼支持ダクト１４は、
高温クリープにより図７中破線で示すように歪んだ形状
に変形し、芯ずれを起こすと共に、内側ダクト１４ａの
後端がタービンディスク９ａの外周部９ａ’に偏接触す
る問題を起こす可能性があり、この接触が発生した場合
にはタービンの回転が不能になってしまう問題がある。

【００１１】また、前記静翼支持ダクト１５も高温クリ
ープにより図７中破線で示すように歪んだ形状に変形
し、これによって内側ダクト１５ａの芯がずれ、このた
めに、ラビリンスシール２６が芯ずれを起こして周方向
の一部がタービンディスク９ａ，１０ａのシール面に押
付られて偏接触したり、或いは前後方向の一部がシール
面に片当たりする問題が生じる。

【００１２】即ち、前記静翼支持ダクト１４，１５は、
熱変形を固定ボルト２０，２５により拘束しているため
に、高温クリープ変形（塑性変形）を生じる。図８に示
すように、静翼支持ダクト１４，１５の熱による変形が
弾性域内にあるうちは温度が低下すれば元の形状に戻る
ことができるが、線Ａのように弾性域を越えて変形する
と残留歪を生じるようになり、タービンの高温、低温が
繰り返されることによって前記残留歪が徐々に大きくな
り、これによって図９に線Ｂで示すように静翼支持ダク
ト１４，１５の変形量が次第に増大されてしまい、通常
タービンの設計は１００時間運転した時の変形量に基づ
いて計画しているが、前記変形量が線Ｂのように大きく
なると設計許容限界を越えてしまい、これによって前記
したような偏接触等の問題を生じることになる。

【００１３】このような問題を防止する手段としては、
前記静翼支持ダクト１４，１５を耐クリープ性の材料に
て構成することが考えられるが、このような耐クリープ
性の材料は非常に高価であると共に、加工が困難である
と言った問題がある。

【００１４】本発明は、上記従来の問題点を解決しよう
としてなしたものであり、高価な材料を使用することな
く、高温に晒される静翼支持ダクトの半径方向の伸びを
許容すると共に、静翼支持ダクトの偏芯を防止するよう
にしたタービン用静翼支持ダクトの取付構造を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
タービンブレードの入口に配置される静翼を支持する静
翼支持ダクトを、ダクトフランジを介して本体フランジ
に取付けている静翼支持ダクトの取付構造であって、前
記本体フランジの周方向に少なくとも３本以上の軸方向
ピンを略等間隔を隔てて設け、前記ダクトフランジに前
記軸方向ピンに密に嵌合して半径方向に開口したＵ字形
切欠を形成し、ダクトフランジを熱に対して拡縮自在に
本体フランジに支持したことを特徴とするタービン用静
翼支持ダクトの取付構造、に係るものである。

【００１６】請求項２記載の発明は、ダクトフランジを
本体フランジに押し付けて支持する押付リングを、押付
ボルトにより本体フランジに取付けていることを特徴と
するタービン用静翼支持ダクトの取付構造、に係るもの
である。

【００１７】請求項１記載の発明では、高温に晒される
静翼支持ダクトの半径方向の伸びを許容できると共に、
静翼支持ダクトの偏芯をも防止できる。よって、熱応力
による静翼支持ダクトの変形・偏芯を防止でき、タービ
ンとの偏接触や静翼支持ダクトに支持されたラビリンス
シールのシール面への接触と言った問題を未然に防止で
きる。

【００１８】請求項２記載の発明では、ダクトフランジ
を、押付リングにより本体フランジ側に押し付けて拘束
するようにしているので、高圧側から低圧側へのガス漏
れを防止することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。

【００２０】図１〜図５は、本発明の実施の形態例を示
したもので、図６、図７に示したものと同一のものには
同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００２１】図１〜図３に示すように、第１段静翼支持
ダクト１４を支持するための本体フランジ２１に、テン
ションボルト１２の軸と平行な軸方向ピン２８を周方向
に少なくとも３本以上略等間隔を隔てて、しかもガスダ
クト８の内側部８ａを貫通するように設ける。図３では
９０度間隔で十字方向に４個の軸方向ピン２８を備えた
場合を示している。

【００２２】一方、静翼支持ダクト１４の内側ダクト１
４ａのダクトフランジ１９に、前記軸方向ピン２８に密
に嵌合し、半径方向の内側が開口したＵ字形切欠２９を
形成している。

【００２３】更に、前記ガスダクト８の内側部８ａを貫
通して前記本体フランジ２１に螺合する押付ボルト３０
により押付リング３１を固定して前記ガスダクト８の内
側部８ａを本体フランジ２１に拘束するようになってい
ると共に、前記押付リング３１には前記軸方向ピン２８
が嵌合できる穴３２が形成されており、押付リング３１
は前記ダクトフランジ１９を本体フランジ２１方向に押
し付けることにより、ダクトフランジ１９の軸方向（図
１の左右方向）の動きを拘束するようにしている。静翼
支持ダクト１４の外側ダクト１４ｂは、従来と同様にガ
スダクト８の外側部８ｂに溶接によって固定されてい
る。

【００２４】また、図１、図４、図５に示すように、第
２段静翼支持ダクト１５を支持するための本体フランジ
２３に、テンションボルト１２の軸と平行な軸方向ピン
３３周方向に少なくとも３本以上略等間隔を隔てて設け
る。図５では９０度間隔で十字方向に４個の軸方向ピン
３３を備えた場合を示している。

【００２５】一方、静翼支持ダクト１５の外側ダクト１
５ｂのダクトフランジ２４に、前記軸方向ピン３３に密
に嵌合し、半径方向の外側が開口したＵ字形切欠３４を
形成している。

【００２６】更に、外側ダクト１５ｂのダクトフランジ
２４を本体フランジ２３に押し付けて支持するために押
付リング３５が設けてあり、該押付リング３５は、前記
ダクトフランジ２４のＵ字形切欠３４間に所要の間隔で
複数個形成した同様のＵ字形切欠３６に隙間を有して貫
通する押付ボルト３７により本体フランジ２３に取付け
られている。これにより前記ダクトフランジ２４は押付
リング３５により本体フランジ２３に押し付けられて軸
方向（図１の左右方向）の動きが拘束されるようになっ
ている。第２段静翼支持ダクト１５の内側ダクト１５ａ
には、従来と同様にばね２７を介してタービンディスク
９ａ，１０ａ間のシールを行うラビリンスシール２６が
支持されている。

【００２７】以上の横成からなる上記実施の形態例の作
用について述べる。

【００２８】ガスタービンが運転されると、静翼支持ダ
クト１４，１５は、高温（８００℃以上）の燃焼ガスｇ
に晒されるため、熱膨張によって拡径する。

【００２９】この時、第１段静翼支持ダクト１４の内側
ダクト１４ａのダクトフランジ１９、及び第２段静翼支
持ダクト１５の外側ダクト１５ｂのダクトフランジ２４
の外周に形成したＵ字形切欠２９，３４が、本体フラン
ジ２１，２３に十字方向に４個設置した軸方向ピン２
８，３３に密に嵌合しており、且つ前記ダクトフランジ
１９，２４が押付ボルト３０，３７により押付リング３
１，３５を介して本体フランジ２１，２３に押し付けら
れて支持されているので、静翼支持ダクト１４，１５が
熱膨張によって拡径すると、軸方向ピン２８，３３を案
内としてＵ字形切欠２９，３４により半径方向に拡径す
ることができ、ダクトフランジ１９，２４の拡径が拘束
されないことにより高温クリープによる変形が生じる問
題を防止することができる。

【００３０】このように、ダクトフランジ１９，２４の
熱による拡径が自由に行われることにより高温クリープ
による残留歪が生じなくなり、よって図９に線Ｃで示す
ように変形量を非常に小さく押えることができるので、
静翼支持ダクト１４，１５を安価な材料にて容易に構成
することができる。

【００３１】また、十字方向に４個所備えた軸方向ピン
２８，３３にダクトフランジ１９，２４の半径方向に開
口したＵ字形切欠２９，３４が密に嵌合しているので、
ダクトフランジ１９，２４の伸縮を許容すると同時に、
ダクトフランジ１９，２４が上記４本の軸方向ピン２
８，３３に案内されてこれに沿って拡縮するために、調
芯の機能を有しており、よって静翼支持ダクト１４，１
５の拡径によって芯ずれが生じる問題を防止することが
できる。かかる機能を発揮するためには、軸方向ピン２
８，３３は、４本に限らず、周方向に略等間隔を隔てて
３本以上あればよい。但し、本数が多い方が支持剛性は
高まることになる。

【００３２】更に、前記ダクトフランジ１９，２４は、
押付リング３１，３５によって軸方向（図１の左右方
向）には拘束されているので、高圧側（静翼１７，１８
の上流側）から低圧側（静翼１７，１８の下流側）への
ガス漏れを防止できる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、高温に晒
される静翼支持ダクトの半径方向の伸びを許容できると
共に、静翼支持ダクトの偏芯をも防止できる。よって、
熱応力による静翼支持ダクトの変形・偏芯を防止でき、
タービンとの偏接触や静翼支持ダクトに支持されたラビ
リンスシールのシール面への接触と言った問題を未然に
防止できる。

【００３４】請求項２記載の発明によれば、ダクトフラ
ンジを、押付リングにより本体フランジ側に押し付けて
拘束するようにしているので、高圧側から低圧側へのガ
ス漏れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す静翼支持ダク
トの取付構造の要部切断側面図である。

【図２】図１の第１段静翼支持ダクトの取付構造の切断
側面図である。

【図３】図１のＩＩＩ方向から見た第１段静翼ダクトの
正面図である。

【図４】図１の第２段静翼支持ダクトの取付構造の切断
側面図である。

【図５】図１のＶ方向から見た第２段静翼支持ダクトの
背面図である。

【図６】ガスタービンの概略を示す切断側面図である。

【図７】従来例の静翼支持ダクトの取付構造を示す図６
のＶＩＩ部分の拡大詳細図である。

【図８】歪と応力の関係を模式的に示した線図である。

【図９】運転時間と変形量の関係を示す線図である。

【符号の説明】

９ｂ タービンブレード（第１段） １０ｂ タービンブレード（第２段） １４ 静翼支持ダクト（第１段） １５ 静翼支持ダクト（第２段） １７ 静翼（第１段） １８ 静翼（第２段） １９ ダクトフランジ ２１ 本体フランジ ２３ 本体フランジ ２４ ダクトフランジ ２８ 軸方向ピン ２９ Ｕ字形切欠 ３０ 押付ボルト ３１ 押付リング ３３ 軸方向ピン ３４ Ｕ字形切欠 ３５ 押付リング ３７ 押付ボルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービンブレードの入口に配置される静
   翼を支持する静翼支持ダクトを、ダクトフランジを介し
   て本体フランジに取付けている静翼支持ダクトの取付構
   造であって、前記本体フランジの周方向に少なくとも３
   本以上の軸方向ピンを略等間隔を隔てて設け、前記ダク
   トフランジに前記軸方向ピンに密に嵌合して半径方向に
   開口したＵ字形切欠を形成し、ダクトフランジを熱に対
   して拡縮自在に本体フランジに支持したことを特徴とす
   るタービン用静翼支持ダクトの取付構造。
2. 【請求項２】 ダクトフランジを本体フランジに押し付
   けて支持する押付リングを、押付ボルトにより本体フラ
   ンジに取付けていることを特徴とする請求項１記載のタ
   ービン用静翼支持ダクトの取付構造。