JPH10220204A - シュラウドリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温域で使用されるガスタービンのタービン
動翼の先端とシュラウドリングとの隙間を効果的にシー
ルして、タービン効率を向上できるシュラウドリングを
提供する。 【解決手段】 タービン動翼１０を囲繞するように設け
られ、そのタービン動翼１０とで隙間を規定するシュラ
ウドリング２０において、リング体１１の内周面にター
ビン動翼１０の先端を一部臨ませる掘込み溝１１ｄを形
成し、その掘込み溝１１ｄ内に多数のセラミック製繊維
が起立したセラミック製繊維束１２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンのタ
ービン動翼を囲繞するように設けられるシュラウドリン
グに係り、特に高温域で使用されるシュラウドリングに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンのタービン部は、図５に示
すように、燃焼ガスを所定の方向に整流するタービン静
翼３と、この整流された燃焼ガスにより回転されるター
ビン動翼１と、これらタービン静翼３とタービン動翼１
とを覆うように設けられ、内部に燃焼ガスが導入される
タービンケーシング４と、タービンケーシング４に取り
付けられタービン動翼１とで隙間ｇを規定するシュラウ
ドリング２とから構成されている。

【０００３】そして、タービンケーシング４の内周に形
成された通路４ｔに導入された燃焼ガスが、矢印方向に
流れ、タービン静翼３で案内されてタービン動翼１に当
たり、タービン動翼１を回転させるようになっている。

【０００４】タービン動翼１とシュラウドリング２との
隙間ｇは、大きければその隙間ｇから燃焼ガスが漏れて
しまいタービンの効率が低下し、小さければタービン動
翼１が高速回転した際に、タービン動翼１が遠心力によ
り膨脹して接触破壊する虞がある。

【０００５】このため、隙間ｇは、タービン動翼１が膨
脹してシュラウドリング２の内周面と接触しない範囲で
できるだけ小さいことが望ましい。

【０００６】そこで金属製のタービン動翼１にあって
は、このタービン動翼１とシュラウドリング２との隙間
ｇを適正に形成してタービン効率を向上させる方法とし
て、以下に示す方式が提案されている。

【０００７】（ａ）図２に示すように、シュラウドリン
グ５の内周面に快削性の材料（アブレーダブル材）６を
装着し、タービン動翼１の回転により、このアブレーダ
ブル材６を積極的に切削させてタービン動翼１とアブレ
ーダブル材６との隙間を最適に形成するアブレーダブル
方式。

【０００８】（ｂ）図３に示すように、シュラウドリン
グ７の内周面に、タービン動翼１の先端の形状に合わせ
て、タービン動翼１の先端を囲繞する部分を他の部分よ
り深く掘り込んで適正な深さの溝７ｄを形成し、タービ
ン動翼１の先端をその溝７ｄに導入して燃焼ガスの漏れ
を減少させる掘込方式。

【０００９】（ｃ）図４に示すように、シュラウドリン
グ８の内周面に、針金を束ねたブラシシール９を装着し
て、このタービン動翼１とシュラウドリング８との隙間
をシールするブラシシール方式。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（ａ）
のアブレーダブル方式は、タービン動翼１が金属製の場
合には有効な方式であるが、高温域で使用されるセラミ
ック製のガスタービンにあっては、セラミックは脆性材
料なので、タービン動翼１が例えば周速４７０ｍ／ｓｅ
ｃ．で高速回転すると接触により即時破壊する虞がある
ため、適用できない。

【００１１】また、（ｂ）の掘込方式は、セラミックは
成形後の加工が困難な材料であることから、セラミック
製のガスタービンに適用しても適正な隙間を形成するこ
とは困難である。

【００１２】更に、（ｃ）のブラシシール方式も、針金
の材質が金属であるため、高温域で使用されるガスター
ビンには適用できない。

【００１３】換言すれば、高温用セラミック製ガスター
ビンには図２〜図４に示した従来の構造を適用できず、
高温域でタービン動翼１の先端とシュラウドリングとの
隙間を効果的にシールできるシュラウドリングがなかっ
た。

【００１４】そこで、本発明の目的は、高温域で使用さ
れるガスタービンのタービン動翼の先端とシュラウドリ
ングとの隙間を効果的にシールして、タービン効率を向
上できるシュラウドリングを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、タービン動翼を囲繞するように設
けられ、そのタービン動翼とで隙間を規定するシュラウ
ドリングにおいて、リング体の内周面に、多数のセラミ
ック製繊維が起立したセラミック製繊維束を設けたもの
である。

【００１６】請求項２の発明は、上記リング体の内径が
タービン動翼の外径より若干小さく形成され、そのリン
グ体の内周面にタービン動翼の先端を一部臨ませる掘込
み溝が形成され、その掘込み溝内にセラミック製繊維束
が設けられたものである。

【００１７】上記構成によれば、タービン動翼とシュラ
ウドリングとの隙間がセラミック製繊維束により良好に
シールされると共に、セラミック製繊維は剪断に弱いと
いう性質により、タービン動翼が回転して先端がセラミ
ック製繊維と接触しても、セラミック製繊維が切断され
るため、タービン動翼に悪影響を与えない。これによ
り、高温域で使用されるガスタービンであっても、ター
ビン動翼とシュラウドリングとの隙間を小さくしてター
ビン効率を向上できる。

【００１８】また、シュラウドリングに掘込み溝を形成
してタービン動翼の先端を一部臨ませるようにしたの
で、タービン動翼の先端とシュラウドリングとの隙間か
らの燃焼ガスの漏れを減少でき、タービン効率を向上で
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態を添
付図面を参照しながら詳述する。

【００２０】図１に本発明にかかる高温域用ガスタービ
ンのタービン部の概要を示す。

【００２１】図１に示すように、高温域用ガスタービン
のタービン部は、燃焼ガスにより回転されるタービン動
翼１０と、燃焼ガスをタービン動翼１０に案内するター
ビン静翼１３と、これらタービン動翼１０とタービン静
翼１３とを覆うと共に内部に燃焼ガスが導入されるター
ビンケーシング１４と、タービン動翼１０とで隙間を規
定するシュラウドリング２０とから構成されており、こ
れらタービン部を構成する部材は、セラミック材料から
形成されている。

【００２２】タービン静翼１３は、内径がタービン動翼
１０の外径と略同等に形成された外リング１７と、外径
が後述するタービンディスク１５の外径と略同等に形成
された内リング１８と、これらのリング１７，１８によ
り支持された複数の案内羽根１９とから構成されてい
る。

【００２３】外リング１７は、図示していないがタービ
ンケーシング１４に固定され、また、内リング１８は、
図示していないがタービン動翼１０の回転軸等が設けら
れたケーシング１４内の中央に位置する機構部に外嵌し
て固定されており、これら外リング１７と内リング１と
によりタービンケーシング１４に導入された燃焼ガスの
流路１４ｔが形成されている。

【００２４】そして、この流路１４ｔを通してタービン
動翼１０に所定の方向で燃焼ガスを案内できるように、
案内羽根１９を流路１４ｔに対して所定の角度に傾けた
状態で、タービン静翼１３が、タービン動翼１０の上流
側近傍に設けられている。

【００２５】タービン動翼１０は、図示しない回転軸に
設けられた円板状のタービンディスク１５の外周に、台
形のタービン羽根１６が径方向に起立して複数設けられ
て構成されている。

【００２６】これらタービン羽根１６は、案内羽根１９
と同様に、タービン静翼１３に所定の方向から案内され
た燃焼ガスを効率よく受けるべく、所定の角度に傾けて
設けられている。

【００２７】換言すれば、タービン羽根１６の傾斜角度
と案内羽根１９の傾斜角度は、効率良くタービン動翼１
０を回転できるように設定されている。

【００２８】シュラウドリング２０は、タービンケーシ
ング１４の内周面に設けられ、タービン動翼１０を囲繞
すると共に内部にタービン動翼１０の先端を一部臨ませ
るべく、シュラウドリング２０のリング体１１の内径が
タービン動翼１０の先端よりも若干小さく形成されてい
ると共にリング体１１の内周面に所定の深さの掘込み溝
１１ｄが形成されている。

【００２９】リング体１１は、アルミナで形成されてお
り、掘込み溝１１ｄは、タービン羽根１６の先端形状に
合わせて断面が凹状に形成されている。この掘込み溝１
１ｄの中には、シュラウドリング２０とタービン動翼１
０の先端との隙間をシールするためのセラミック製繊維
束１２が設けられており、このセラミック製繊維束１２
もリング体１１に合わせてアルミナで形成されている。

【００３０】セラミック製繊維束１２は、長さ５ｍｍ程
度のセラミック製繊維を多数束にしたものを、その束の
外周端面にセラミック製繊維と同じ材料のセラミック前
駆体を含浸させ、これを掘込み溝１１ｄの中に仮止めし
た後、高温に加熱して前駆体をセラミック化させて掘込
み溝１１ｄの中に取り付けたものであり、セラミック製
繊維が多数起立して、ブラシ状に形成されている。

【００３１】このセラミック製繊維束１２の内周側は、
適宜な長さで形成できるので寸法加工しやすい。このた
め、タービン動翼１０との隙間はセラミック製繊維束１
２を加工することで最小にできる。

【００３２】次に、本発明にかかるシュラウドリング２
０の作用を説明する。

【００３３】リング体１１とセラミック製繊維束１２
は、それぞれが同じセラミック材料から形成されている
ため、両者の熱膨脹差がない。よってタービンの運転・
停止の熱サイクルに起因する両者の接合部に掛かる負荷
が発生せず、シールが維持される。

【００３４】また、タービンの運転時、シュラウドリン
グ２０とタービン動翼１０との隙間は非常に小さいの
で、燃焼ガスのエネルギーが十分にタービン動翼１０に
伝達される。これにより、タービン効率を向上できる。

【００３５】更に、セラミック製繊維が長く形成されて
いてタービン動翼１０の先端と接触しても、セラミック
製繊維は剪断に弱いという性質により、タービン動翼１
０に悪影響を与えることなくその先端と接触した部分が
切断され、最適な長さに形成される。これにより、高温
域でタービン動翼１０を回転する際の信頼性を向上でき
る。

【００３６】また更に、燃焼ガスがタービン動翼１０を
回転させながら通過する際に、シュラウドリング２０の
掘込み溝１１ｄがタービン動翼１０の先端を通過する燃
焼ガスの抵抗となり、燃焼ガスの漏れが減少する。これ
により、タービン効率を向上できると共に、ガスタービ
ンの省エネルギー効果が期待できる。

【００３７】尚、本実施の形態にあっては、本発明にか
かるシュラウドリング２０を、セラミック製のタービン
動翼１０を備えた高温域用ガスタービンに適用したが、
ガスタービン一般に適用し得ることはもちろんである。
更に、シュラウドリング２０をアルミナで形成したが、
窒化硅素で形成しても良い。

【００３８】また、本発明にかかるシュラウドリング２
０を、ゴム製Ｏリングや金属製シール等が使用できない
高温域で、内側のリングが外側のリングよりも高温とな
る２つのリングの隙間をシールする手段として、様々な
分野で適用できる。

【００３９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、高温域で
使用されるガスタービンのタービン動翼の先端とシュラ
ウドリングとの隙間を効果的にシールして、タービン効
率を向上できる。更に、このタービン効率の向上によ
り、省エネルギー効果が期待できる。

【００４０】また、タービン動翼が高速回転してシュラ
ウドリングのセラミック繊維束と接触しても、タービン
動翼に悪影響を与えることがないので、高速回転時の信
頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すシュラウドリング
の断面図である。

【図２】アブレーダブル方式を示すシュラウドリングの
断面図である。

【図３】掘込方式を示すシュラウドリングの断面図であ
る。

【図４】ブラシシール方式を示すシュラウドリングの断
面図である。

【図５】従来のシュラウドリングを示す断面図である。

【符号の説明】

１０ タービン動翼 １１ リング体 １１ｄ 掘込み溝 １２ セラミック製繊維束 １３ タービン静翼 ２０ シュラウドリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービン動翼を囲繞するように設けら
   れ、そのタービン動翼とで隙間を規定するシュラウドリ
   ングにおいて、リング体の内周面に、多数のセラミック
   製繊維が起立したセラミック製繊維束を設けたことを特
   徴とするシュラウドリング。
2. 【請求項２】 リング体の内径がタービン動翼の外径よ
   り若干小さく形成され、そのリング体の内周面にタービ
   ン動翼の先端を一部臨ませる掘込み溝が形成され、その
   掘込み溝内にセラミック製繊維束が設けられた請求項１
   記載のシュラウドリング。