JP3632003B2 - ガスタービン分割環 - Google Patents

Description

技術分野
本発明はガスタービン分割環に関し、分割環接続部からの冷却空気の漏れを少なくし、更に熱変形も少なくすると共に、熱変形時の拘束力をやわらげるような構造としたものである。
背景技術
図４はガスタービンのガス通路部分で前段の部分を示す一般的な断面図である。図において、燃焼器３０の取付フランジ３１には１段静翼（１ｃ）３２が外側シュラウド３３と内側シュラウド３４とに両端が固定されており、１段静翼３２は円周方向に複数枚が配置され静止側の車室に固定されている。１段静翼３２の後流側には１段動翼（１ｓ）３５が円周方向に複数枚配置されており、この１段動翼３５はプラットフォーム３６に固定され、プラットフォーム３６はロータディスクの周囲に取付けられており、動翼３５はロータと共に回転する。動翼３５先端が近接する周囲には、複数の分割数からなる円環状の分割環４２が取付けられ、車室側に固定されている。
１段動翼３５の後流側には、２段静翼（２ｃ）３７の両端が外側シュラウド３８、内側シュラウド３９に固定され、同様に周方向に複数枚が静止側に取付けられている。同様に、後流側に２段動翼（２ｓ）４０がプラットフォーム４１を介してロータディスクに取付けられ、動翼４０先端が近接する周囲には、同様に複数の分割数をもった円環状の分割環４３が取付けられている。このような翼の配列を有するガスタービンは通常４段で構成され、燃焼器３０で燃焼して高温となった燃焼ガス５０が１段静翼（１ｃ）３２から流入し、２段〜４段の各翼間を流れる過程において膨張して、それぞれ動翼３５，４０、等を回転させ、ロータに回転動力を与えて排出するものである。
図５は上記に説明の１段動翼３５先端が近接する詳細な分割環の断面図である。図において、６０はインピンジメント板であり、多数の冷却穴６１が貫通して設けられ、遮熱環６５に取り付けられている。分割環４２は遮熱環６５に取り付けられ、内部には多数の冷却通路６４が主流ガス８０の流れ方向に穿設され、一端が６３で示すように上面の上流側へ開口し、他端が下流側の周方向側面に開口している。
上記構成において、圧縮機から抽気するか、もしくは外部の冷却空気供給源から供給された冷却空気７０はインピンジメント板６０の冷却穴６１からキャビティ６２内へ流入し、分割環４２に当たり、分割環４２が強制冷却され、その冷却空気７０はキャビティ６２内の開口６３から冷却通路６４へ流入し、再度分割環４２を内部から冷却して分割環４２の後部開口より主流ガス８０中に放出される。
図６は上記に説明した分割環の斜視図である。図示のように、分割環４２は円周方向に分割片を構成し、複数の分割環４２を円環状に接続して全体の分割環４２を構成する。分割環４２の上部（外側）にはインピンジメント板６０が設けられ、分割環４２の凹部とでキャビティ６２を形成している。インピンジメント板６０には多数の冷却穴６１が設けられており、冷却空気７０は冷却穴６１よりキャビティ６２内へ流入し、分割環４２の壁面へ衝突し、分割環４２を壁面から強制冷却し、その空気７０は開口６３より冷却通路６４内へ流入し、通路内を流れて端面より主流ガス中へ放出され、この過程において、分割環４２内部を冷却している。
前述のように従来のガスタービンの分割環においては、高温の主流ガス８０の逆流を防ぐためにキャビティ６２の冷却空気の圧力を主流ガス８０よりも相対的に高くしており、冷却空気が分割環４２の冷却通路６４を通って分割環内部を有効に冷却して主流ガス中に放出されるもの以外に複数の分割環の継目より漏れる空気があり、この漏れ量は分割環４２の分割数が多くなると、接続部の数も多くなり、かなりの量となって冷却効率が低下してしまう。又、分割環４２の表面は主流ガス８０に直接さらされることになり、熱変形により無理な力が加わり、真円度が保てなくなって接続部からの漏れ量が増加する原因となったり、動翼先端とのクリアランスにも影響を及ぼすことになる。
発明の開示
そこで本発明は、分割環の分割数を少なくして冷却空気の漏れ量を少なくし、更に分割環の熱変形を少なくすると共に、熱変形時の歪みを吸収できるような構造のガスタービン分割環を提供することを課題としてなされたものである。
本発明は、前述の課題を解決するために次の（１），（２）の手段を提供する。
（１）動翼先端と所定の間隔を保って車室内周面に配設され、前後両側には、それぞれ周方向に伸びる車室取付用フランジを有してなる分割構造部からなり、同分割構造部は周方向に複数個を連接して円環状を構成してなる分割環において、前記前後の車室取付用フランジには軸方向にフランジ部を切断して形成される複数のスリットを並設すると共に、前記両車室取付用フランジ間の面には格子状で突設する突起を形成したことを特徴とするガスタービン分割環。
（２）前記複数の分割構造部は１５個で円環状を形成することを特徴とする（１）記載のガスタービン分割環。
本発明の（１）においては、両車室取付用フランジにはスリットが設けられているので熱変形が生じても、この複数のスリットが変形して吸収することができ、又、底面のワッフルパターンにより剛性が高められており、分割環の熱変形を小さく抑えることができ、真円度を確保することができる。
本発明の（２）においては、分割構造部が１５個を接続して円環形状を形成するので、従来の３０個の接続と比べ接続の継目部分が従来の半分となる。これにより継目部分から漏れる冷却空気量が大幅に少なくなり、冷却効率が向上するものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の一形態に係るガスタービン分割環を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。
図２は、本発明の実施の一形態に係るガスタービン分割環の斜視図である。
図３は、本発明の実施の一形態に係るガスタービン分割環を軸方向から見た正面図で、（ａ）は本発明を、（ｂ）は従来例を、それぞれ示す。
図４は、ガスタービンの一般的なガス通路の前段部を示す断面図である。
図５は、従来のガスタービン分割環の詳細な断面図である。
図６は、従来のガスタービン分割環の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係るガスタービン分割環を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図である。図において、分割環１は、円環状の分割環の分割部分を示し、従来と同様に遮熱環６５に取り付けられ、キャビティ６２内に開口６３を有し、下流側の周方向端面に開口する多数の冷却通路６４が設けられている。又、インピンジ板６０も従来と同様に遮熱環６５に取り付けられている。分割環１の前後両端には周方向に伸びるフランジ４，５が設けられ、又、周方向の両端にもフランジ２，３が設けられ、これらフランジ２，３，４，５で分割環１に凹部を形成している。
周方向に伸びる両フランジ４，５には、フランジ部を切欠いて形成した複数のスリット６が形成されており、熱変形時の曲げを、この複数のスリット６で吸収して変形を防止する構造となっている。スリット６の数は１分割環について５ケ以上設けることが望ましい。又、凹状の底面にはワッフルパターン１０が形成されており底面の剛性を高めるようにしている。このワッフルパターン１０は格子状の壁面より突出するリブにより形成されており、図では周方向に３本、軸方向に５本の格子状パターンで示しているが、これは一例であり、この数はこれに限定されるものではない。
図２は上記に説明した分割環の斜視図であり、分割環１の周方向に伸びる両端フランジ４，５には多数のスリット６を設けられている。このような形状のスリットが最適である。底面には格子状のワッフルパターン１０が形成され、又、壁内部には多数の冷却通路７が設けられて分割環の１つを構成している。このような分割環１は動翼先端に近接して適切なクリアランスを保つように円環状に連結される。分割の数は、図３で後述するように、従来は３０個からなっていたものを半分の１５個として接続部を少なくし、接続部から漏れる冷却空気量を少なくするようにしている。
上記構成の分割環において、図１に示すように圧縮機から、あるいは別の供給源からの冷却空気７０はインピンジメント板６０の多数の冷却穴６１からキャビティ６２内へ流入し、分割環１の底面に衝突し、分割環１をインピンジ冷却すると共に、冷却空気７０は開口６３から冷却通路６４へ流入し、通路６４を流れて分割環１内を冷却しながら流れ、周端面より主流ガス中に放出される。
高温ガスにさらされる分割環１は、ガスにさらされる表面と内部のキャビティ６２側とでは温度差により歪みが発生して変形しようとするが、内部底面はワッフルパターン１０が形成されているので剛性が高められており、この変形量は最小限に抑えられる。又、フランジ４，５に生ずる変形も、多数のスリット６０が変形して、これを吸収し、分割環１の真円度が変化しないようにしている。
図３は分割環の分割数を示す図で、（ａ）は本発明、（ｂ）は従来例を示す上半部の側面図である。（ｂ）に示す従来の分割環では、θ_２＝１２度で円環状に３０個の分割環１が配置されて接続されている。これに対して本発明では、θ_１＝２４度に設定し、従来と比べて半分の１５個を接続して円環状を形成しており、その結果、１個の分割環１の長さが長くなっている。このように長尺の分割環１を円環状に接続し、分割数を少なくして接続部を減少することにより、継目から漏れる空気量を少なくすることができる。
以上説明の実施の形態のガスタービン分割環によれば、分割環１の周方向に伸びる両側面のフランジ４，５にそれぞれ複数のスリット６を設け、底面にワッフルパターン１０を形成させたことにより、分割環１の熱変形量を小さくし、又、発生する熱変形量を吸収することができ、分割環１の真円度を確保することができる。更に、分割数を従来の３０個から半分の１５個とし、接続部分を減少させたことにより、接続部分からの漏れ空気量を少なくすることができ、冷却効果を高めることができる。
産業上の利用可能性
本発明のガスタービン分割環は、（１）動翼先端と所定の間隔を保って車室内周面に配設され、前後両側には、それぞれ周方向に伸びる車室取付用フランジを有してなる分割構造部からなり、同分割構造部は周方向に複数個を連接して円環状を構成してなる分割環において、前記前後の車室取付用フランジには軸方向にフランジ部を切断して形成される複数のスリットを並設すると共に、前記両車室取付用フランジ間の面には格子状で突設する突起を形成したことを特徴としている。このような構成により、熱変形が生じても、この複数のスリットが変形して吸収することができ、又、底面のワッフルパターンにより剛性が高められており、分割環の熱変形を小さく抑えることができ、真円度を確保することができる。
本発明の（２）においては、分割構造部が１５個を接続して円環形状を形成するので、従来の３０個の接続と比べ接続の継目部分が従来の半分となる。これにより継目部分から漏れる冷却空気量が大幅に少なくなり、冷却効率が向上するものである。

Claims (2)

1. 動翼先端と所定の間隔を保って車室内周面に配設され、前後両側には、それぞれ周方向に伸びる車室取付用フランジを有してなる分割構造部からなり、同分割構造部は周方向に複数個を連接して円環状を構成してなる分割環において、前記前後の車室取付用フランジには軸方向にフランジ部を切断して形成される複数のスリットを並設すると共に、前記両車室取付用フランジ間の面には格子状で突設する突起を形成したことを特徴とするガスタービン分割環。
2. 前記複数の分割構造部は１５個で円環状を形成することを特徴とする請求項１記載のガスタービン分割環。

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