JPH10331602A

JPH10331602A - ガスタービン

Info

Publication number: JPH10331602A
Application number: JP14063397A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Hijikata; 常夫土方
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却空気の供給量をより大幅に減少させること
ができ、それによりガスタービン効率の向上が図れると
ともに、防熱構造体およびその周辺構造部等についての
強度向上も図れ、高信頼性が得られるガスタービンを提
供する。【解決手段】燃焼ガスが流れる主流ガス通路側から、そ
の外周側を覆うケーシング側に対する遮熱を行うため、
主流ガス通路の外周部位に板状の防熱構造体７を設け
る。防熱構造体７を、セラミックスのマトリックスにセ
ラミックスの長繊維を複合させたセラミックス基長繊維
複合材料によって形成し、この複合材料となるセラミッ
クスの長繊維２８ａ，２８ｂを防熱構造体の肉厚方向に
積層させる。セラミックスの長繊維の切断面２８ｄ，２
８ｅを防熱構造体の肉厚端面３０または内部に配置する
ことにより、セラミックスの長繊維の切断面を直接燃焼
ガスに晒されない繊維配向とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発電用プラ
ント等に適用されるガスタービンに係り、特に燃焼ガス
が流れる主流ガス通路の静止部に設けられる防熱構造体
に、高耐熱素材であるセラミックス基長繊維複合材料を
適用したガスタービンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７は、発電用として適用されるガス
タービンの一般的な構成例を示している。即ち、タービ
ン部１と同軸に圧縮機２が設けられており、この圧縮機
２の駆動により圧縮された高圧空気が燃焼器３に導か
れ、ここで燃料が加えられて燃焼ガスが作り出されるよ
うになっている。

【０００３】燃焼ガスは、トランジションピース４およ
び静翼５を経て動翼６に案内され、その熱エネルギーが
回転トルクに替えられて図示しない発電機が駆動され、
これにより電力が発生するものである。

【０００４】このようなガスタービンにおいては、燃焼
ガスのタービン入口温度が高ければ高いほど、サイクル
効率が増加することが知られており、このサイクル効率
向上のため、タービン入口温度は上昇の一途を辿ってい
る。そして、ガスタービンのタービン入口温度の上昇に
伴い、燃焼ガスの高温領域が広がっている。

【０００５】このような高温化の実現に関しては、高温
強度に優れたＮｉ系やＣｏ系耐熱合金の進歩、およびこ
れらの耐熱合金を制限温度以下に保つための冷却技術の
開発が貢献してきている。

【０００６】例えばタービン入口温度１４００℃級の産
業用ガスタービンでは、タービン段落数が３段とする
と、初段落の入口温度が１４００℃、第２段の入口温度
が１０００℃を越えている。したがって図１７に示すよ
うに、第１段落に位置するガスタービンの動翼６の先端
外周の静止部でも、主流ガス温度が金属材料の耐熱温度
をはるかに上回るので、強制的に冷却するようにしてい
る。

【０００７】このような強制的な冷却が適用される重要
な部材として、ガスタービンの燃焼ガスａが流れる主流
ガス通路３ａの静止部に相当する動翼６の先端外周静止
部を防熱する防熱構造体７が挙げられる。防熱構造体７
の役割は、ケーシング８側と高温の主流ガス通路３ａ側
との遮熱を行い、これにより主流ガスａが直接ケーシン
グ８に当たることを防止し、熱的強度の低下や酸化を防
止することにある。

【０００８】図１８は、このような防熱構造体を高耐熱
金属によって構成した従来例について、軸方向断面とし
て拡大して示したものであり、図１９は同部位を軸直角
方向断面として示したものである。

【０００９】これらの図に示すように、防熱構造体７は
主流ガス通路３ａとケーシング８との間に支持体９を介
して支持されており、防熱構造体７の支持として、熱変
形分の間隙を設けたフック形状部１０、１１による嵌合
構造が採用されている。つまり、防熱構造体７には主流
ガス通路３ａの上下流側の両端部にそれぞれフック形状
部１０、１１が形成されており、これらのフック形状部
１０、１１が支持体９の主流ガス通路３ａ側端部に掛止
されている。

【００１０】また、防熱構造体７を効率よく冷却するた
めに、高冷却効率のインピンジメント冷却が採用され、
金属平均温度が約８００℃を保持する条件で冷却されて
いる。これにより、防熱構造体７が耐熱合金であって、
ここに大きな温度勾配が生じても、熱変形が吸収できる
ようになっている。

【００１１】即ち、図１８および図１９に示すように、
通気孔１２，１３によって形成される冷却空気ｂの流路
の最終位置、つまり防熱構造体７の直前位置に、インピ
ンジメント冷却板１４が配置されている。このインピン
ジメント冷却板１４には多数の孔１６が穿設されてお
り、冷却空気ｂはインピンジメント冷却板１４の孔１６
を通過して防熱構造体７に衝突し、この衝突流によって
防熱構造体７の強制冷却を効率良く行うようになってい
る。

【００１２】また、主流ガスａよりも防熱構造体７の冷
却空気供給室の圧力が容易に高められるように、その周
方向の隣接面では、シール板１７によって隣接部と嵌合
し、冷却空気の気密性を保持している。冷却空気ｂは、
圧縮機吐出を源にして、第１段静翼５の外環側の空間、
防熱構造体の支持体９、インピンジメント冷却板１４の
孔１６、そして最後に防熱構造体７に明けられた孔１８
またはシール板１７の嵌合部間隙を通過し、主流ガス通
路３ａに放出されるものである。

【００１３】ここで、冷却空気ｂの燃焼ガス（主流ガ
ス）ａに対する作用を考察すると、次の２点でガスター
ビンの性能と深く関わつている。

【００１４】第１に、防熱構造体７から冷却空気ｂが主
流ガスａ側に放出されて混合する時に、冷却空気ｂが吹
き出される速度に対して、主流ガスａの流速がはるかに
大きいため、冷却空気ｂは主に動翼６の先端部で回転軸
の中心方向に向いていたものが、ロータ軸流の下流方向
に防熱構造体７の表面近傍で流れの方向が変えられる。
この部位には動翼６と防熱構造体７の間隙があるだけな
ので、動翼６で仕事をしないで下流段落に流れて行くこ
とになる。

【００１５】第２に、防熱構造体７から主流ガス側に吹
き出される冷却空気ｂの方向は、主流ガスａに対して平
行でないため、混入時に主流ガスａに損失を及ぼすこと
になる。

【００１６】図２０は、以上の２点の評価として、防熱
構造体７に供給される冷却空気ｂの流量減少分に対する
ガスタービンの性能の関係を調べた結果を示している。
この図２０では、縦軸にガスタービン効率の向上比率
（％）を示し、横軸に被冠構造物への冷却空気供給量減
少比率（％）を示しており、同図の特性線Ｑにより、冷
却空気流量を減らすと、ガスタービンの性能は顕著に向
上することがわかる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した耐
熱金属製の防熱構造体７においては、要求される材料強
度を確保するために冷却空気ｂが不可欠であり、必要と
される冷却空気流量を下回ると、防熱構造体７および構
造体支持体９の高温化が生じて材料強度上に支障をきた
す。このため、冷却空気を大量に供給せざるを得ない点
で、ガスタービンの性能が制約を受けるという問題を残
している。

【００１８】そこで近年、金属に比較して極めて高い耐
熱特性を有するセラミックスを利用して、防熱構造体７
を構成することが提案されている。特に発明者等におい
ては、防熱構造体を、セラミックスのマトリックスにセ
ラミックスの長繊維を複合させたセラミックス基長繊維
複合材料によって形成する技術を開発している。

【００１９】本発明はこのような開発の結果なされたも
のであり、従来の金属材料の防熱構造体を適用する場合
に比較して、冷却空気の供給量をより大幅に減少させる
ことができ、それによりガスタービン効率の向上が図れ
るとともに、防熱構造体およびその周辺構造部等につい
ての強度向上も図れ、高信頼性が得られるガスタービン
を提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、燃焼ガスが流れる主流ガス通
路側から、その外周側を覆うケーシング側に対する遮熱
を行うため、前記主流ガス通路の外周部位に板状の防熱
構造体を設けたガスタービンにおいて、前記防熱構造体
を、セラミックスのマトリックスにセラミックスの長繊
維を複合させたセラミックス基長繊維複合材料によって
形成し、この複合材料となるセラミックスの長繊維を前
記防熱構造体の肉厚方向に積層させるとともに、前記セ
ラミックスの長繊維の切断面を前記防熱構造体の肉厚端
面または内部に配置することにより、前記セラミックス
の長繊維の切断面を直接燃焼ガスに晒されない繊維配向
としたことを特徴とする。

【００２１】本発明によれば、高耐熱素材であるセラミ
ックスのマトリックスおよびセラミックスの長繊維から
成るセラミックス基長繊維複合材料を、ガスタービン静
止部の防熱構造体の肉厚方向に積層させて適用させた構
成となっている。例えばガスタービン動翼の先端外周静
止部に、防熱構造体として高温強度および耐酸化性に優
れたセラミックス基長繊維複合材料を適用すると、従来
の金属製の防熱構造体の冷却に必要とされていた圧縮機
吐出からの冷却空気流量を約４割以下まで削減すること
ができ、これによりガスタービン熱効率の向上が図られ
る。また、セラミックス基長繊維複合材料は高靭性材料
であり、異物の衝突または応力が原因で割れが発生して
も、セラミックスの長繊維が割れの進展を止める働きを
するので、セラミックスの長繊維を含まないモノリシッ
クセラミック材料で頻繁に生じるような構造体の分割破
壊等はほとんど発生せず、構造体として信頼性の向上が
確保される。

【００２２】また本発明においては、セラミックスの長
繊維を防熱構造体の肉厚方向に積層し、この積層材料で
特に強度上弱いとされる長繊維の切断面を防熱構造体の
肉厚端面または防熱構造体の内部に現れる配向構造にし
ている。防熱構造体の肉厚端面では、ここが主流ガス面
に晒されないように冷却空気を表面に流すか、金属部と
の取り合い構造にしている。よって仮に肉厚端面に割れ
が生じても、この部位から主流ガスがセラミックス基繊
維複合材料の内部に進入してくることはなく、耐酸化性
の向上が図れるものとなる。

【００２３】請求項２の発明は、請求項１記載のガスタ
ービンにおいて、防熱構造体はガスタービンロータの軸
心周りで複数に分割され、全体で環状構造を成すことを
特徴とする。

【００２４】本発明によると、分割構造体の基準長さが
小さくできるため、防熱構造体が高温になって熱変形が
出る場合に、個々の防熱構造体の熱変形量を抑制するこ
とができる。よって防熱構造体を支持する支持体との嵌
合部の間隙を小さくできるため、その間隙部からの漏洩
空気を減少させることができる。

【００２５】請求項３の発明は、請求項２記載のガスタ
ービンにおいて、防熱構造体はその分割面両端の肉厚方
向に段差部を有し、かつ組立ての際に互いに隣接する防
熱構造体の各段差部間に間隙を形成したことを特徴とす
る。

【００２６】本発明によれば、防熱構造体の分割面の両
端が肉厚方向に段差を成し、組立の際に互いに隣接する
防熱構造体の各段差間に間隙を形成したことにより、そ
の間隙を微小に設定することで、この間隙から流出する
シール空気の流速を高めることができる。したがって、
冷却空気側の圧力を高められることになり、主流ガスか
ら高温ガスの混入を妨げられるため、防熱構造体の冷却
空気流量を減少することができる。

【００２７】請求項４の発明は、請求項２または３記載
のガスタービンにおいて、防熱構造体は、ケーシングに
嵌合された支持体に対し、前記防熱構造体に設けられた
フックを介して支持されていることを特徴とする。

【００２８】本発明によれば、防熱構造体がケーシング
に直接支持されるのでなく、冷却空気流路の確保及び防
熱構造体を支持する目的で設けられる金属製等の支持体
に保持される。防熱構造体のフックの向きについては、
支持体の外側に向ける構造、その逆に内側に向ける構造
等、様々な組み合わせが可能である。防熱構造体のフッ
クの向きを支持体の内側に向けた場合には、防熱構造体
の主流ガス接触表面を軸方向で増大させることができ
る。その結果、タービン軸方向で隣接する静翼の環状部
の壁面を取り除くことができる。静翼が金属の空気冷却
翼の場合、金属の防熱構造体と同等の冷却空気がここに
供給されているのでその分の冷却空気流量を減少でき
る。

【００２９】請求項５の発明は、請求項２から４までの
いずれかに記載のガスタービンにおいて、防熱構造体
は、その上流側および下流側の静翼の環状部に対し、前
記防熱構造体に設けられたフックを介して支持されてい
ることを特徴とする。

【００３０】本発明によれば、防熱構造体の支持がその
上流側および下流側の静翼の環状部で行われるので、支
持体の上流側冷却空気の吹き出し流および下流側冷却空
気の吹き出し流を、防熱構造体のシール空気流に合流さ
せることで、本シール部の圧力を高め、主流ガスが混入
しにくくなる構造とすることができる。

【００３１】請求項６の発明は、請求項１から５までの
いずれかに記載のガスタービンにおいて、防熱構造体の
ケーシング側に遮熱用の薄板を配設したことを特徴とす
る。

【００３２】本発明によれば、ガスタービン動翼の先端
外周静止部へ供給される冷却空気の減少に伴い、防熱構
造体が高温になる場合、その外周側に遮熱板を設けるこ
とにより金属製の支持体等への輻射による伝熱を防止す
ることが可能となる。これにより、金属製の支持体等の
高温化が防止されるので、材料強度ランクの低い材料を
支持体に適用できる等の利点が得られるようになる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
の実施形態について、図１〜図１６を参照して説明す
る。なお、ガスタービンの全体構成等、従来と同様の部
分については図１７〜図２０と同一の符号を使用し、重
複する説明は省略する。

【００３４】第１実施形態（図１〜図６）図１は、本発明の第１実施形態による防熱構造体の構成
を示す説明図であり、図２は図１に示す防熱構造体を使
用したガスタービン動翼の先端外周静止部の組立構成を
示す周方向断面図である。

【００３５】図１に示すように、本実施形態の防熱構造
体７はセラミックス基長繊維複合材料によって構成され
ており、ガスタービン動翼６の外周側を覆っている。こ
の防熱構造体７は、主流ガスａの流れ方向の上下流側の
各端部に、上流側フック２１および下流側フック２２を
それぞれ有している。そして、防熱構造体７はこれらの
フック２１、２２を介し、金属製の支持体９に嵌合支持
されている。なお、防熱構造体７の上流側フック２１に
は、周方向にずれないように回り止めピン２３が入る切
り欠き溝２４が形成されている。

【００３６】図３は、図１のＡ−Ａ断面を示し、図４は
図１のＢ−Ｂ断面を示している。これらの図３および図
４に示すように、本実施形態の防熱構造体７はセラミッ
クスの長繊維２８ａと、それと異なる方向のセラミック
スの長繊維２８ｂとを、厚さ方向に交差させて重合し、
それにより積層構造物として構成されている。

【００３７】図５は、図４のＣ部を詳細に示したもので
ある。この図５に示すように、セラミックスの長繊維２
８ａとセラミックスの長繊維２８ｂとの間には、含浸さ
れたセラミックスのマトリックス２９が充填されてい
る。すなわち、セラミックスの一方の長繊維２８ａは図
３の断面で連続し、他方のセラミックスの長繊維２８ｂ
は図４の断面内で連続している。図５では、防熱構造体
７の肉厚端面３０に現れるセラミックスの長繊維の切断
面２８ｄが現れている。また、防熱構造体７の内部に現
れるセラミックスの長繊維の切断面２８ｅも現れてい
る。防熱構造体７の内部に現れるセラミックスの長繊維
の折り返し部は、２８ｃで示している。

【００３８】また、図４に示した間隙δ１は、防熱構造
体７の周方向の間隙である。防熱構造体７はガスタービ
ンの起動前の室温状態から出力が定格の状態になると、
高温になって熱伸びが生じるので、隣接面が互いに当た
らないように間隙δ１が設けられている。防熱構造体７
の上流側と下流側とは、上流側フック２１および下流側
フック２２によりそれぞれ防熱構造体７の支持体９に接
触して嵌合支持されているので、ここでの間隙はほとん
ど無い。

【００３９】次に作用を説明する。冷却空気ｂは図２に
示すように、冷却空気通路１２を通過後、３つに分岐さ
れる。一つは上流側冷却空気吹き出し流２５であり、二
つめは下流側冷却空気吹き出し流２６であり、残りは冷
却空気通路２７を通過して防熱構造体７に供給される流
れである。

【００４０】図４に示すように、防熱構造体７に供給さ
れる冷却空気ｂは、その大部分が間隙δ１を通って主流
ガスａに流出される。このような防熱構造体７では、セ
ラミックスの長繊維２８ａ、２８ｂの切断面２８ｄの表
面に低温の冷却空気ｂが流れているため、主流ガスａが
直接当たることは無くなる。セラミックスの長繊維の積
層構造は積層間の剥離強度が小さい特徴があるが、仮に
上記の防熱構造体７の端面３０が割れても、ここからセ
ラミックス基長繊維複合材料の内部に高温の主流ガスが
直接進入することはないため、高温酸化されることはな
い。

【００４１】図６は、ガスタービン動翼の先端外周静止
部での組立状況を、ガスタービンロータ１の周方向矢視
から見た図である。ガスタービン動翼の先端外周静止部
の防熱構造体７の外周側一周全体を覆う薄板３０が設け
られ、この薄板３０が防熱構造体の支持体９に設けられ
た溝３２に嵌合されている。薄板３０には冷却空気ｂを
流す為の冷却空気通過孔３１が設けられている。この薄
板３０は防熱構造体７が高温になり、ここから防熱構造
体７の支持体９への輻射を遮断する。

【００４２】例えばタービン入口温度が１３００℃級の
ガスタービンの場合、防熱構造体７への冷却空気を空気
冷却方式の金属製の防熱構造体７の半分に減少させる
と、防熱構造体７の温度は１２００℃強になる。ここで
薄板３０が無い場合の防熱構造体の支持体９の内環３３
の温度は約９００℃になるが、薄板３０が有る場合の本
支持体９の内環３３の温度は約５４０℃に低下すること
が伝熱計算より算出され、遮熱効果があることが判明し
ている。

【００４３】第２実施形態（図７〜図１２）図７は本発明の第２実施形態を説明するための防熱構造
体７の構成を示す斜視図であり、図８はその防熱構造体
７を使用したガスタービン動翼先端外周静止部の組立構
成を示す図である。

【００４４】防熱構造体７は、セラミックス基長繊維複
合材料によって構成され、ガスタービン動翼６の外周側
を覆っている。そして図７および図８に示すように、防
熱構造体７の両端部に主流ガスの流れ方向に沿う上流側
フック２１と下流側フック２２とが設けられ、これらの
フック２１、２２を介して防熱構造体７が金属製の支持
体９に嵌合支持されている。上流側フック２１には、周
方向にずれないように回り止めピン２３が入る切り欠き
溝２４が設けられている。

【００４５】図９は図７におけるＡ１−Ａ１断面を示し
ており、図１０は図７のＢ１−Ｂ１断面を示している。
図１１は図１０のＤ矢視図であり、防熱構造体７の組立
時の状態を示している。これらの図に示すように、防熱
構造体７はセラミックスの長繊維２８ａとそれと異なる
方向のセラミックスの長繊維２８ｂとを厚さ方向に重ね
て構成され、これにより積層構造物として成り立ってい
る。

【００４６】図１０に示すように、本実施形態において
もセラミックスの長繊維の切断面は防熱構造体７の肉厚
端面または防熱構造体７の内部に現れる構造となってい
る。そして、防熱構造体７は一方の周方向端部３４は反
対側の周方向端部３５と肉厚方向（タービンの半径方
向）に段差を有した構造であり、これにより組立時に半
径向で間隙δ２を設けることができるようになってい
る。

【００４７】この半径方向の間隙δ２は、前記第１実施
形態の図４で示した周方向の防熱構造体７の切り欠き２
４を支点として考慮される間隙δ１とは異なっている。
すなわち、間隙δ２は上流側フック２１と下流側フック
２２を支点とした熱伸び差および加工公差を考慮して設
定されるもので、熱伸びの基準となる長さが最も短いの
で、間隙δ２は間隙δ１に対して遥かに小さくできる。

【００４８】本実施形態においても、冷却空気ｂは図８
の冷却空気通路１２を通過後、３つに分岐される。一つ
は上流側冷却空気吹き出し流２５であり、二つめは下流
側冷却空気吹き出し流２６であり、残りは冷却空気通路
２７を通過して防熱構造体７に供給される流れである。

【００４９】図２の説明と同様に、冷却空気ｂの吹き出
し流の大部分は防熱構造体７の半径方向の間隙δ２から
主流ガスに出ていくことになるが、本実施形態の間隙δ
２は、間隙δ１より小さくできるので、防熱構造体７の
冷却空気ｂ側の圧力が上がるため、主流ガスａは容易に
混入しにくい利点を有する。

【００５０】以上のような防熱構造体７ではセラミック
ス基長繊維２８ａ、２８ｂの切断面の表面には低温の冷
却空気ｂが流れているため主流ガスａが直接当たること
は無く、上記と同様に高温酸化は防止できる。

【００５１】図１２はガスタービン動翼の先端外周静止
部での組立状況を、ガスタービンロータ１の周方向から
見た状態で示す図である。同図の例では、ガスタービン
動翼の先端外周静止部の防熱構造体７の外周側一周全体
を覆う薄板３０が設けられている。この薄板３０は、防
熱構造体の支持体９に設けられた溝３２に嵌合され、こ
の薄板３０には冷却空気ｂを流す為の冷却空気通過孔３
１が設けられている。そして、薄板３０は防熱構造体７
が高温になった場合、ここから構造体支持体９への輻射
を遮断することができる。

【００５２】第３実施形態（図１３）図１３はガスタービン動翼の先端外周静止部構造の組立
状況を示し、ガスタービンロータ１の周方向矢視図であ
る。

【００５３】防熱構造体７の上流側フック２１と下流側
フック２２とは、その上流側と下流側の静翼の一部であ
る外環壁面に設けられた段差３６、３７に嵌合して、保
持される。冷却空気の低減および遮熱効果は、前記実施
例と同様である。この構造では、上流側冷却空気吹き出
し流２５および下流側冷却空気吹き出し流２６が、直接
に主流ガスａに放出されず、防熱構造体７のシール空気
として合流されるようになっている。したがって、本実
施形態ではシール部の圧力を高めることができ、その結
果主流ガスａが混入しにくい利点を有するものとなる。

【００５４】第４実施形態（図１４〜図１６）図１４はガスタービン動翼の先端外周静止部での組立状
況をガスタービンロータ１の周方向矢視図である。本実
施形態では、防熱構造体７に、主流ガスの上流側では下
流方向に伸びた上流側フック２１が設けられ、また下流
側では上流方向に伸びた下流側フック２２が設けられて
いる。そして、これらのフック２１、２２を介して防熱
構造体７が防熱構造体の支持体９に嵌合支持されてい
る。

【００５５】このような構成の図１４に示した防熱構造
体７のＢ２−Ｂ２断面を図１５に示している。また、図
１５のＡ２−Ａ２断面を図１６に示している。

【００５６】これらの各断面図に示すように、セラミッ
クスの長繊維２８ａ、２８ｂの積層方法およびセラミッ
クスのマトリックス２９の充填要領は前述と同様であ
る。このような構造においても、半径方向の間隙δ２
は、図１５に示すように形成することができる。また、
図１６で示すように、防熱構造体７のフック２１、２２
の方向が内側に向けられている。その結果、図１４の組
み立て状態で判るように、防熱構造体７の軸方向の全長
で主流ガスを覆うことができる。

【００５７】即ち、静翼５側の主流ガスに晒されている
外環壁面部を小さくすることができる。そもそも静翼５
の外環壁面部も、空気冷却されている訳であるから、本
部位を少量の冷却空気流量でまかなえる防熱構造体７に
置き換えることになる。その結果、ガスタービン全体で
は冷却空気を低減させることになり、ガスタービンの性
能の向上が一層見込まれることになる。

【００５８】以上の各実施形態によれば、信頼性が確保
できるセラミックス基長繊維複合材料を防熱構造体へ適
用し、周辺の構造体および組立構造とすることで、冷却
空気を安全に低減でき、かも高性能なガスタービンを提
供できるようになる。

【００５９】また、防熱構造体が高温になっても、ここ
からの輻射で外環側の防熱構造体の支持体が高温になら
ないようにし、冷却空気の減少によりガスタービン性能
の向上を図ることができる。

【００６０】ガスタービンの燃焼ガスが流れる主流ガス
通路の静止部にセラミックス基長繊維複合材料を適用
し、セラミックスの長繊維を積層配向にして防熱構造体
をなすと共に、セラミックスの長繊維の切断面は防熱構
造体の冷却空気側の肉厚端面に露出するか、または防熱
構造体の内部に現れるものとし、これにより主流ガス部
に晒されない配向構造とすることができる。さらに耐熱
強度に優れるセラミックス基複合材料を適用することに
より、冷却空気を減少させ、ガスタービン効率の向上を
図るとともに、防熱構造体が高温になってもここからの
輻射で外環側の防熱構造体の支持体が高温にならないよ
うにし、防熱構造体の支持方法において種々の提案を行
い、冷却空気の減少によりガスタービン性能の向上を図
ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上の様に、本発明に係るガスタービン
によれば、防熱構造体の材料にセラミックス基長繊維複
合材料を使用することで、冷却空気流量の低減による高
効率化が可能になると同時に、セラミックスの長繊維の
複合効果によりモノリシックセラミックとは異なり、割
れに対する損傷に関して信頼性の向上が確保できる。

【００６２】また、防熱構造体の周方向隣接部で半径方
向に微小な間隙のシール構造の設定を行い、セラミック
ス長繊維の配向においても繊維断面を主流ガスに晒され
ない構造にすることができる。さらに防熱構造体の外周
側に遮熱効果のある薄板を設けるとともに、防熱構造体
のフックの向き変化によって冷却空気流量を低減させる
こと等により、ガスタービンの性能向上を図ることがで
きる等の多大な効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービンの第１実施形態を示
すもので、防熱構造体を示す斜視図。

【図２】図１に示した防熱構造体をケーシングの動翼先
端外周の静止部に取付けた状態を示す断面図。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図。

【図４】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図５】図４Ｃ部の詳細図。

【図６】図２の変形例で、防熱構造体の外周側に薄板を
配置した構成を示す断面図。

【図７】本発明に係るガスタービンの第２実施形態を示
すもので、防熱構造体を示す斜視図。

【図８】図７に示した防熱構造体をケーシングの動翼先
端外周の静止部に取付けた状態を示す断面図。

【図９】図７のＡ１−Ａ１断面図。

【図１０】図７のＢ１−Ｂ１断面図。

【図１１】図１０のＤ矢視図で、防熱構造体の組立時状
況を示す図。

【図１２】図８の変形例で、防熱構造体の外周側に薄板
を配置した構成を示す断面図。

【図１３】本発明の第３実施形態を示す断面図。

【図１４】本発明の第４実施形態を示す断面図。

【図１５】図１４のＢ２−Ｂ２断面図。

【図１６】図１５のＡ２−Ａ２断面図。

【図１７】ガスタービン全体の主構成要素を示す断面
図。

【図１８】従来の金属製防熱構造体を示す断面図。

【図１９】図１８のＦ−Ｆ断面図。

【図２０】防熱構造体に供給される冷却空気に対するガ
スタービンの性能の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１タービン部２圧縮機３燃焼器３ａ主流ガス通路４トランジションピース５静翼６動翼７防熱構造体８ケーシング９支持体１０，１１フック形状部１２，１３通気孔１４インピンジメント冷却板１６孔１７シール板１８孔２１上流側フック２２下流側フック２３回り止めピン２４切り欠き溝２５上流側冷却空気吹き出し流２６下流側冷却空気吹き出し流２７冷却空気通路２８ａ，２８ｂ長繊維２８ｃ折り返し部２８ｄ，２８ｅ切断面２９マトリックス３０肉厚端面３１冷却空気通過孔３２溝３３内環３４周方向端部３５周方向端部３６，３７段差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｃ 7/24 Ｆ０２Ｃ 7/24 7/28 7/28 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼ガスが流れる主流ガス通路側から、
その外周側を覆うケーシング側に対する遮熱を行うた
め、前記主流ガス通路の外周部位に板状の防熱構造体を
設けたガスタービンにおいて、前記防熱構造体を、セラ
ミックスのマトリックスにセラミックスの長繊維を複合
させたセラミックス基長繊維複合材料によって形成し、
この複合材料となるセラミックスの長繊維を前記防熱構
造体の肉厚方向に積層させるとともに、前記セラミック
スの長繊維の切断面を前記防熱構造体の肉厚端面または
内部に配置することにより、前記セラミックスの長繊維
の切断面を直接燃焼ガスに晒されない繊維配向としたこ
とを特徴とするガスタービン。
【請求項２】請求項１記載のガスタービンにおいて、
防熱構造体はガスタービンロータの軸心周りで複数に分
割され、全体で環状構造を成すことを特徴とするガスタ
ービン。
【請求項３】請求項２記載のガスタービンにおいて、
防熱構造体はその分割面両端の肉厚方向に段差部を有
し、かつ組立ての際に互いに隣接する防熱構造体の各段
差部間に間隙を形成したことを特徴とするガスタービ
ン。
【請求項４】請求項２または３記載のガスタービンに
おいて、防熱構造体は、ケーシングに嵌合された支持体
に対し、前記防熱構造体に設けられたフックを介して支
持されていることを特徴とするガスタービン。
【請求項５】請求項２から４までのいずれかに記載の
ガスタービンにおいて、防熱構造体は、その上流側およ
び下流側の静翼の環状部に対し、前記防熱構造体に設け
られたフックを介して支持されていることを特徴とする
ガスタービン。
【請求項６】請求項１から５までのいずれかに記載の
ガスタービンにおいて、防熱構造体のケーシング側に遮
熱用の薄板を配設したことを特徴とするガスタービン。