JPH11107704A - ガスタービン用案内羽根及びそのセグメント並びに案内羽根リング複合体 - Google Patents

ガスタービン用案内羽根及びそのセグメント並びに案内羽根リング複合体

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JPH11107704A
JPH11107704A JP10223253A JP22325398A JPH11107704A JP H11107704 A JPH11107704 A JP H11107704A JP 10223253 A JP10223253 A JP 10223253A JP 22325398 A JP22325398 A JP 22325398A JP H11107704 A JPH11107704 A JP H11107704A
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JP
Japan
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guide vane
guide
platform
projection
adjacent
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Application number
JP10223253A
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English (en)
Inventor
Rudolf Stanka
ルドルフ・スタンカ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH filed Critical MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Publication of JPH11107704A publication Critical patent/JPH11107704A/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良された動的振動状態を示し、隣接する案
内羽根の振動振幅を制限し且つ製造技術的に簡単に且つ
コスト的に有利に製造することができるガスタービン用
案内羽根を提供すること。 【解決手段】 ガスタービン用案内羽根は、内側プラッ
トフォームと外側プラットフォームの間に伸びる羽根板
を備え、前記外側プラットフォームはケーシングに装着
するための固定手段を有する。少なくとも一つの外側プ
ラットフォーム又は内側プラットフォーム（３，５）
は、その第１の正面（７）に突出する側面（９）を有す
る突出部（８）を有し、且つ前記第１の側面と向かい合
う第２の正面（１３）に隣接する案内羽根（１）の突出
部（８）を該突出部と形状的に合うように受入れる受入
れ部（１２）を有する。受入れ部の寸法は、隣接する案
内羽根（１）のプラットフォーム（３，５）が組み立て
られた状態で一列になるように、突出部（８）に合わせ
て定められている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内側プラットフォ
ームと外側プラットフォームの間に伸びる羽根板を備
え、前記外側プラットフォームはケーシングに装着する
ための固定手段を有する、ガスタービン、特に低圧ター
ビン用案内羽根、少なくとも３つの前記案内羽根からな
る案内羽根セグメント並びに案内羽根リング複合体(Lei
tkranzver-bund) に関する。
【０００２】
【従来の技術】低圧タービンの案内羽根は金属からな
り、開発段階において一般に先ず３個或いは６個の案内
羽根からなるセグメントにはんだ接続される。羽根板(
Shaufel-blaetter) の断面を空気力学的に解釈するため
に調べるとき、実際のガスタービンにおけるように多数
の案内羽根セグメントが単一の結合された案内羽根リン
グ複合体に組まれる。その場合において個々の案内羽根
セグメントは熱膨張を補償するためにお互いの間は固定
しないように一緒に結合される。そのとき、案内羽根は
その外側プラットフォームがタービンケーシングに固定
され、その内側プラットフォームが金属クランプ等によ
って分解可能に一緒に固定される。内側プラットフォー
ムを固定することによって羽根板の振動状態は改良され
る。補助部材として固定クランプの利用は組み立てに金
がかかりコストが高いという欠点を有する。
【０００３】空気力学的解釈法による較正のために、ま
た圧力、速度又は流れの場の測定値の試験データを迅速
に得るために、たいてい炭素繊維強化プラスチックから
なる別の案内羽根が投入され、いわゆる空気力学的「冷
間」試験状態で調べられる。このような案内羽根は、対
応する金属製の案内羽根よりも著しく迅速に且つ価格的
に有利に作られるもので、それ故前記試験状態に好まし
く投入される。前記試験状態においてプラスチック製案
内羽根は実際の運転中よりも著しく低い温度（約１３０
℃）の下で、しかし実際のエンジンにおけるのと同じ程
度のガス力が負荷される。
【０００４】その場合プラスチック製案内羽根は高い実
際のガス力の負荷には耐えられないので、プラスチック
製案内羽根については金属製案内羽根の外側プラットフ
ォーム及び内側プラットフォームの形状をとることは問
題である。３つ或いは６つの案内羽根を、案内羽根リン
グ複合体を構成する単一の案内羽根に貼り合わせること
は、外側プラットフォーム及び内側プラットフォームの
わきの正面に設けたボルトによって案内羽根を固定する
場合と同様に前記の問題を解決するものではない。振動
振幅はあまりにも大きく、案内羽根の破壊をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、改良
された動的振動状態を示し、隣接する案内羽根の振動振
幅を制限し且つ製造技術的に簡単に且つコスト的に有利
に製造することができる上記した種類の案内羽根を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
よって、内側プラットフォームと外側プラットフォーム
の間に伸びる羽根板を備え、前記外側プラットフォーム
はケーシングに装着するための固定手段を有する、ガス
タービン、特に低圧タービン用案内羽根であって、少な
くとも一つの外側プラットフォーム又は内側プラットフ
ォームは、その第１の正面に突出する側面を有する突出
部を有し、且つ前記第１の側面と向かい合う第２の正面
に隣接する案内羽根の突出部を該突出部と形状的に合う
ように受入れる受入れ部を有し、受入れ部の寸法は、隣
接する案内羽根のプラットフォームが組み立てられた状
態で一列になるように、突出部に合わせて決定されてい
ることを特徴とするガスタービン用案内羽根によって解
決される。
【０００７】本発明の利点は、例えば（一緒に結合され
た例えば３個の案内羽根からなる）隣接する案内羽根セ
グメントの互いに接して隣合っている案内羽根が軸方向
に形状的に合うように一緒に結合されており、接触面に
おける摩擦によって緩衝効果が生じることにある。さら
に突出部はプラットフォーム間に生じるすきまをパッキ
ングする。
【０００８】好ましい発明の構成において、突出部の側
面は外側プラットフォーム或いは内側プラットフォーム
の概して半径方向に延びる第１の正面に対して直角に延
びる。したがって突出部の側面はガス流によって強く負
荷される周方向に延び、そこにおいて接触面における摩
擦による緩衝を可能にする。
【０００９】好ましくは、隣接する案内羽根の受入れ部
との十分に大きな摩擦面積或いは接触面積があるよう
に、突出部の側面が外側プラットフォーム及び内側プラ
ットフォームの第１の正面から少なくとも３mm張り出し
ている。
【００１０】有利なことには、突出部は第１の正面の
（横断）面の少なくとも３０％であり、それ故隣接する
案内羽根は単に点結的に互いに連結されているだけでは
ないので、振動の振幅の確実な限定が可能である。
【００１１】さらに、好ましいことには、突出部が、す
きまを介して隣接する案内羽根の受入れ部に嵌まり、そ
の結果例えば隣接する案内羽根セグメントの互いに隣接
する案内羽根が熱膨張の結果問題なくお互いから離れる
ようにまたお互いの方へ移動することができる。
【００１２】最も好ましくは、第２の正面に隣接する受
入れ部の内面が組み立てた状態で突出部の側面に対し平
行に延びており、その結果受入れ部の内面と突出部の側
面の間の確実な摩擦接触が保証される。
【００１３】好ましくは、外側プラットフォームは、互
いに間隔をおいて延びる複数の横支えを介して結合され
たプラットフォーム及び補強壁を含み、及び／又は内側
プラットフォームはプラットフォーム及び補強壁を含
む。これによって、内側プラットフォーム、及び特にプ
ラットフォーム、補強壁及び両横支えからなり、さらに
エンジンケーシングに案内羽根を装着するための固定手
段を備える外側プラットフォームのねじり強さ及び曲げ
強さが、明らかに高められる。この幾何学的な措置故
に、案内羽根は、例えば繊維強化プラスチック等の比較
的弱い材料でも比較的高い実際のガス力に耐える。
【００１４】好ましい実施の形態において、案内羽根は
一体に形成されており、その結果案内羽根は鋳造法又は
射出成形によって価格的に有利に製造することができ
る。
【００１５】最も好ましくは、案内羽根は炭素繊維強化
プラスチックからなる。その結果案内羽根は所謂空気力
学的「冷間」試験状態で検査することができる。これに
よって空気力学的解釈法による較正のための試験データ
を金属製案内羽根が使用される場合よりも明らかに迅速
に且つ価格的に有利に得ることができる。このようなプ
ラスチック製試験羽根は接着によって３つ又６つの案内
羽根からなる案内セグメントに接合される。突出部の側
面は接合のための接合面を提供する。前記接合面には外
側プラットフォーム又は内側プラットフォームの第１の
正面及び第２の正面とは対照的に引っ張り荷重／圧縮荷
重は負荷されないが、しかし剪断力は負荷される。これ
は明らかに接着による接合のための好ましい負荷の形態
である。
【００１６】その他の発明の実施の形態は請求項２乃至
１９に記載されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に添付の図面を参照しながら本
発明について実施例に基づいて説明する。図面におい
て、図１は、本発明の案内羽根の実施例の部分断面斜視
図である。図２は、図１に示す案内羽根の側面図であ
る。図３は、図１及び図２の振動案内羽根の側面図であ
る。図４は、図１乃至図３の案内羽根からなる案内羽根
セグメントの部分断面斜視図である。図５は図４の案内
羽根の斜視図である。
【００１８】図１は全体を符号１で示す本発明の案内羽
根の実施例を図示する。この案内羽根は炭素繊維強化プ
ラスチックからなり、射出成形で作られる。このような
案内羽根１は、空気力学的解釈法による較正のための圧
力、速度、及び流れの場の測定値の試験データを得るた
めに所謂空気力学的「冷間」試験状態に投入される。
【００１９】案内羽根１は、羽根板２と、プラットフォ
ーム３′及び該プラットフォーム３′に対して間隔をお
いて配置された補強壁４からなる外側プラットフォーム
３と、プラットフォーム５′及び該プラットフォーム
５′に結合され、同様に該プラットフォーム５′に対し
て間隔をおいてのびる補強壁６からなる内側プラットフ
ォーム５とからなる。外側プラットフォーム３並びに内
側プラットフォーム５には第１の正面７に突出部８が設
けられており、該突出部８は第１の正面７から約３mm前
方へ突き出している側面９を備える。
【００２０】複数の案内羽根１が環状案内羽根リング複
合体に組まれ、タービンケーシングに固定されると、案
内羽根２の外側プラットフォーム３と内側プラットフォ
ーム５の間にのびる縦延長部ｍが本質的にエンジン配置
の半径方向に配置されている。
【００２１】図２は図１に示す案内羽根１を側面図で示
すものである。図２には、本質的に（外側の）プラット
フォーム３′に対して平行にのびる補強壁４及び（内側
の）プラットフォーム５′に結合され、複数の角部を介
してのびる補強壁６が図示されている。外側プラットフ
ォーム３にエンジンケーシング（図示せず）に案内羽根
１を装着するための２つの鉤状固定手段１１が形成され
ている。（外側の）プラットフォーム３′、補強壁４及
びプラットフォーム３′と補強壁４の間にのびる横支え
１０の間並びに（内側の）プラットフォーム５′と補強
壁６の間にある中空部は受入れ部１２を形成し、該受入
れ部１２には外側プラットフォーム３及び内側プラット
フォーム５の第２の正面１３が設けられている。
【００２２】複数の安定羽根１が案内羽根リング複合体
に組まれると、隣接する案内羽根１の突出部８が受入れ
部１２内に形状的に合うように受入れられており、その
場合において、受入れ部１２の寸法は突出部８の寸法に
合わせられており、図４及び図５に示すように、隣接す
る案内羽根１の外側プラットフォーム３及び内側プラッ
トフォーム５は組み立てられた状態において同列になっ
ている。受入れ部１２は第２の正面１３に隣接する内面
１４を有し、該内面１４は、組み立てられた状態におい
て突出部８と受入れ部１２の調整された寸法の設定によ
り突出部８の側面９との接触面を構成している。このよ
うに隣接する案内羽根１の間の密封が達成される。図２
に示すように、突出部８と受入れ部１２は第１の正面７
或いは第２の正面１３の図面上に位置する横断面の５０
％以上になる。
【００２３】図３は一つの、軸方向に振動する案内羽根
１を示し、その場合において２つの異なる振動状態が図
示されている。図３において特に内側プラットフォーム
５或いはその補強壁６に関してはっきり分かる振動振幅
は、案内羽根リング複合体に配置された本発明の案内羽
根１においては、突出部８が隣接する案内羽根１の受入
れ部１２内に形状的に合うように受入れられることによ
って有効に制限される。さらに振動の緩衝は受入れ部１
２の内面１４と突出部８の側面９の間に生じる摩擦によ
って行われる。
【００２４】図４は３つの案内羽根１からなる案内羽根
セグメント１５を示す。このような、環状案内羽根リン
グ複合体を構成する案内羽根セグメントは個々の案内羽
根１を補強する役目をする。プラスチックからなる案内
羽根１は、隣接する案内羽根１の突出部８と受入れ部１
２の間の形状適合化並びに接触面にある摩擦によって互
いに結合されるのみならず、少なくとも突出部８の側面
９或いは受入れ部１２の内面１４において互いに接合さ
れている。突出部８の側面９と受入れ部１２の内面１４
の間の接合部にはエンジンの駆動中に生じる負荷の下で
剪断応力がかかるので、第１の正面７と第２の正面１３
の間の引っ張り応力／圧縮応力がかかる接合部よりも強
力である。
【００２５】環状の案内羽根リング複合体を形成するた
めに、複数の案内羽根セグメント１５が組まれる。その
場合熱膨張を補正するために互いに接合されず、しか
し、突出部８と受入れ部１２の間の形状適合化によって
互いに連結される。しかし、前記形状適合化は突出部８
の側面９と受入れ部１２の内面１４の間で生じる摩擦に
よる緩衝効果をもたらし案内羽根１の動的振動挙動を改
良する。さらに形状の適合化によって上記振動振幅の制
限と隣接する案内羽根セグメント間のすきまの密封が行
われる。
【００２６】案内羽根セグメント１５の案内羽根１には
外側プラットフォーム３の補強壁４に穴１６が設けら
れ、この穴にはケーシング側ボルト（図示せず）が係合
し、案内羽根をガス／フロー力に対して周方向に支持し
ている。図４に示すように補強壁４は穴１６周辺におい
て面圧を減じるように局部的に厚くなっている。穴１６
はエンジン配置の軸方向に長穴として形成されており、
その結果ガス或いはフローの力は、軸方向に、図におい
ては裏側の鉤状固定手段１１を介して、しかしボルトを
介せずに、エンジンケーシングに導かれる。
【００２７】図５は図４の案内羽根セグメント１５を斜
視図で示すものである。図から羽根板２のプロフィルは
それとなくわかる。さらに、突出部８と受入れ部１２の
寸法は、外側プラットフォーム３又は内側プラットフォ
ーム５が組み立てられた状態において一直線に並ぶよう
に互いに調整される。図５の左側の部分に一方の外側プ
ラットフォーム３及び内側プラットフォーム５に突出部
８が図示されており、この突出部は、案内羽根リング複
合体内の隣接する案内羽根セグメント１５の案内羽根１
の受入れ部１２に形状的に合うように受入れられるが、
しかし接合はされていない。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、改
良された動的振動状態を示し、隣接する案内羽根の振動
振幅を制限し、且つ製造技術的に簡単に且つコスト的に
有利に製造できるガスタービン用案内羽根を提供するこ
とができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の案内羽根の実施例の部分断面斜視図で
ある。
【図２】図１に示す案内羽根の側面図である。
【図３】図１及び図２の振動案内羽根の側面図である。
【図４】図１乃至図３の案内羽根からなる案内羽根セグ
メントの部分断面斜視図である。
【図５】図４の案内羽根の斜視図である。
【符号の説明】
１ 案内羽根 ２ 羽根板 ３ 外側プラットフォーム ３′ （外側の）プラットフォーム ４ 補強壁 ５ 内側プラットフォーム ５′ （内側の）プラットフォーム ６ 補強壁 ７ 第１の正面 ８ 突出部 ９ 側面 １０ 横支え １１ 固定手段 １２ 受入れ部 １３ 第２の正面 １４ 受入れ部の内面 １５ 案内羽根セグメント １６ 穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 391028384 ＤＡＣＨＡＵＥＲ ＳＴＲＡＳＳＥ 665, 80995 ＭＵＥＮＣＨＥＮ，ＧＥＲＭＡＮ Ｙ (72)発明者 ルドルフ・スタンカ ドイツ連邦共和国 ディー−84431 ラッ テンキルヘン，リングストラッセ ８

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内側プラットフォームと外側プラットフ
    ォームの間に伸びる羽根板を備え、前記外側プラットフ
    ォームはケーシングに装着するための固定手段を有す
    る、ガスタービン、特に低圧タービン用案内羽根であっ
    て、少なくとも一つの外側プラットフォーム又は内側プ
    ラットフォーム（３，５）は、その第１の正面（７）に
    突出する側面（９）を有する突出部（８）を有し、且つ
    前記第１の側面と向かい合う第２の正面（１３）に隣接
    する案内羽根（１）の突出部（８）を該突出部と形状的
    に合うように受入れる受入れ部（１２）を有し、受入れ
    部の寸法は、隣接する案内羽根（１）のプラットフォー
    ム（３，５）が組み立てられた状態で一列になるよう
    に、突出部（８）に合わせて定められていることを特徴
    とするガスタービン用案内羽根。
  2. 【請求項２】 突出部（８）の側面（９）が第１の正面
    （７）に対して直角に延びていることを特徴とする請求
    項１に記載の案内羽根。
  3. 【請求項３】 突出部（８）の正面（９）が第１の正面
    （７）から少なくとも３mm張り出していることを特徴と
    する請求項１又は２に記載の案内羽根。
  4. 【請求項４】 突出部（８）の正面（９）が第１の正面
    （７）から少なくとも５mm張り出していることを特徴と
    する請求項１又は２に記載の案内羽根。
  5. 【請求項５】 突出部（８）或いは受入れ部（１２）は
    第１の正面（７）又は第２の正面（１３）の（横断）面
    の少なくとも３０％であることを特徴とする先行する請
    求項の何れか一項に記載の案内羽根。
  6. 【請求項６】 突出部（８）は第１の正面（７）の（横
    断）面の少なくとも５０％であることを特徴とする先行
    する請求項１乃至４の何れか一項に記載の案内羽根。
  7. 【請求項７】 突出部（８）がすきまを介して受入れ部
    （１２）に嵌まることを特徴とする先行する請求項の何
    れか一項に記載の案内羽根。
  8. 【請求項８】 第２の正面（１３）に隣接する受入れ部
    （１２）の内面（１４）が突出部（８）の側面（９）に
    対し平行に延びることを特徴とする先行する請求項の何
    れか一項に記載の案内羽根。
  9. 【請求項９】 外側プラットフォーム（３）が、互いに
    間隔をおいて延びる複数の横支え（１０）を介して結合
    されたプラットフォーム（３′）及び補強壁（４）を含
    み、及び／又は内側プラットフォーム（５）はプラット
    フォーム（５′）及び補強壁（６）を含むことを特徴と
    する先行する請求項の何れか一項に記載の案内羽根。
  10. 【請求項１０】 補強壁（４）が本質的にプラットフォ
    ーム（３′）に平行に延びることを特徴とする請求項９
    に記載の案内羽根。
  11. 【請求項１１】 横支え（１０）がプラットフォーム
    （３′）の全幅（Ｂ）にわたり延びることを特徴とする
    先行する請求項９又は１０に記載の案内羽根。
  12. 【請求項１２】 プラットフォーム（３′，５′）、補
    強壁（４）及び補強壁（６）並びに横支え（１０）の壁
    厚が一定であることを特徴とする請求項９乃至１１の何
    れか一項に記載の案内羽根。
  13. 【請求項１３】 プラットフォーム（３′，５′）、補
    強壁（４）及び補強壁（６）並びに横支え（１０）の壁
    厚がほぼ同一であることを特徴とする請求項９乃至１２
    の何れか一項に記載の案内羽根。
  14. 【請求項１４】 一体に構成されていることを特徴とす
    る先行する請求項の何れか一項に記載の案内羽根。
  15. 【請求項１５】 案内羽根（１）が繊維強化プラスチッ
    クからなることを特徴とする先行する請求項の何れか一
    項に記載の案内羽根。
  16. 【請求項１６】 案内羽根（１）が金属からなることを
    特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の案内
    羽根。
  17. 【請求項１７】 突出部（８）が、隣接する案内羽根
    （１）の受入れ部（１２）に該受入れ部と形状的に合う
    ように受入れられており、且つ隣合う案内羽根（１）が
    少なくとも突出部（８）の側面（９）において互いに接
    合されていることを特徴とする先行する請求項の何れか
    一項に記載の少なくとも３つの案内羽根からなる案内羽
    根セグメント。
  18. 【請求項１８】 案内羽根（１）が外側プラットフォー
    ム（３）或いは補強壁（４）に半径方向穴（１６）を有
    し、前記穴にはケーシング側のボルトが係合することを
    特徴とする請求項１７に記載の案内羽根セグメント。
  19. 【請求項１９】 突出部（８）が隣接する案内羽根セグ
    メント（１５）の案内羽根（１）の受入れ部（１２）内
    に該受入れ部と形状的に合うように受入れられることを
    特徴とする請求項１７又は１８に記載の案内羽根セグメ
    ントからなる案内羽根リング複合体。
JP10223253A 1997-08-23 1998-08-06 ガスタービン用案内羽根及びそのセグメント並びに案内羽根リング複合体 Pending JPH11107704A (ja)

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DE29715180U DE29715180U1 (de) 1997-08-23 1997-08-23 Leitschaufel für eine Gasturbine
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US (1) US6217282B1 (ja)
EP (1) EP0899426B1 (ja)
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DE (2) DE29715180U1 (ja)

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