説明

タービン分割環

【課題】タービン分割環のシール板が溝内から抜け出して、シール板が脱落してしまうことを防止すること。
【解決手段】燃焼器で発生した高温ガスが吹き付けられるタービン動翼の半径方向外側に、前記タービン動翼の先端から略一定の隙間を空けて複数の分割体8aを環状に配設して形成され、隣り合う前記分割体8aの対向する側面20,23に形成された溝21,24内にシール部材25を挿入することにより、前記側面20,23間の隙間26を封止するタービン分割環8であって、前記シール部材25が、前記分割体8aにおける、前記分割体8aの半径方向内側を回転する前記タービン動翼の回転方向前方側に位置する端部19に対してのみ、ポンチングにより固定されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスタービンにおいてタービン動翼の先端(チップ)から半径方向外側に略一定の距離を保つようにして周方向に配設される環状のタービン分割環に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンにおいてタービン動翼の先端から半径方向外側に略一定の距離を保つようにして周方向に配設される環状のタービン分割環としては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2000−257447号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ガスタービン分割環を構成する複数の分割体は、周方向に沿って配置されており、隣り合う分割体間の隙間は、一の分割体におけるタービン動翼の回転方向後方側に位置する端部の側面に形成された溝と、一の分割体に隣接する他の分割体におけるタービン動翼の回転方向前方側に位置する端部の側面に形成された溝との間にシール板が挿入されることにより封止される。また、これにより、隣り合う分割体は周方向に連結され全体として環状の分割環を形成するようになっている。しかしながら、特許文献1に開示された分割体により構成される分割環では、シール板が分割体に対して固定されていないため、タービン動翼の回転によって巻き込まれた高温ガス流によって、分割体の溝周辺に酸化減肉や振動、磨耗などが重畳して生じた場合、シール板が溝内から抜け出して脱落してしまう恐れがある。また、シール板が脱落すると、シール機能低下によってガスタービン全体の効率が低下したり、高温ガスの逆流や漏れ込みによって他の部品にも酸化減肉、焼損、溶融、欠落が生じる恐れがある。あるいは、飛散したシール板によって他の部品が破損する等の悪影響(二次的被害)を及ぼす恐れがある。
【0005】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、シール板が溝内から抜け出して、シール板が脱落してしまうことを防止することができるタービン分割環を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るタービン分割環は、燃焼器で発生した高温ガスが吹き付けられるタービン動翼の半径方向外側に、前記タービン動翼の先端から略一定の隙間を空けて複数の分割体を環状に配設して形成され、隣り合う前記分割体の対向する側面に形成された溝内にシール部材を挿入することにより、前記側面間の隙間を封止するタービン分割環であって、前記シール部材が、前記分割体における、前記分割体の半径方向内側を回転する前記タービン動翼の回転方向前方側に位置する端部に対してのみ、ポンチングにより固定されている。
【0007】
本発明に係るタービン分割環によれば、シール板等のシール部材が分割体に対して固定されているので、シール部材の溝内からの抜け出しを防止することができて、シール部材の脱落を防止することができる。また、これによりシール機能やガスタービン効率の低下、又は、高温ガス逆流や飛散したシール部材による二次的被害を未然に防止することができる。
また、本発明に係るタービン分割環によれば、シール板等のシール部材が、お互いに隣接する分割体間の隙間にタービン動翼の回転によって巻き込まれる高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を受け難い、各分割体におけるタービン動翼の回転方向前方側に位置する端部に固定されている。一方、各分割体におけるタービン動翼の回転方向後方側に位置する端部は、隣接する分割体間の隙間にタービン動翼の回転によって巻き込まれる高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を最も受け易いために、高温ガスによる酸化減肉や焼損、溶融、欠落等が生じ易い。よって、各分割体におけるタービン動翼の回転方向後方側に位置する端部に固定されている場合よりも、前方側に位置する端部に固定されている方がシール板の固定がより緩み難く、溝内からの抜け出しをより確実に防止することができて、シール板の脱落をより確実に防止することができる。
さらに、本発明に係るタービン分割環によれば、分割体の溝にシール板などのシール部材を挿入した状態で、溝の開口端周辺に位置する側面の一部をポンチングにより塑性変形させることによりシール板を分割体に固定するので、高価な装置を必要とすることなく安価に、また、現地において短時間で容易に実施することができる。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係るタービン分割環によれば、シール板等のシール部材を分割体に対して固定したので、シール部材が溝内から抜け出して、シール部材が脱落してしまうことを防止することができるという効果を奏する。また、シール機能やガスタービン効率の低下、又は、高温ガス逆流や飛散したシール部材による二次的被害を未然に防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明に係るタービン分割環を備えたガスタービンの要部断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るタービン分割環の断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るタービン分割環を回転軸の軸方向から見た断面図である。
【図4】図3の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態に係るタービン分割環について、図1から図4を参照しながら説明する。
図1は本発明に係るタービン分割環を備えたガスタービンの要部断面図、図2は本実施形態に係るタービン分割環の断面図、図3は本実施形態に係るタービン分割環を回転軸の軸方向から見た断面図、図4は図3の要部拡大図である。
【0011】
図1に示すように、本実施形態に係るタービン分割環が適用されるガスタービン1は、燃焼器(図示せず)で発生させた高温ガスを、矢印2の方向に供給し、タービン動翼3,4に吹き付けてこれらタービン動翼3,4を回転させて、熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるものである。
タービン動翼3,4は、回転軸の周囲に取り付けられたプラットフォーム5に固定されている。これらタービン動翼3、4は、ガスタービン1の回転軸の周方向に沿って複数枚設けられており、ガスタービン1の軸方向上流側(図1において左側)から下流側(図1において右側)に流れる高温ガスを受けて、プラットフォーム5とともに回転する。タービン動翼3,4の上流側には、タービン静翼6,7が配置されている。これらタービン静翼6,7は、タービン動翼3,4と同様、回転軸の周方向に沿って複数枚設けられている。また、タービン動翼3,4の半径方向外側には、タービン動翼3,4の先端(チップ)から略一定の隙間f(図2参照)を空けてタービン分割環(以下「分割環」という。)8が設けられている。分割環8は、例えば、コバルト合金からなり、複数の分割体8a(図3参照)で構成されている。
【0012】
図2に示すように、翼環9には、分割環8に向かって開口する流路10が形成されており、この流路10内には、ガスタービン1の外部に設けられた空気供給源(図示せず)から供給された空気、又は圧縮機(図示せず)から抽出された空気が冷却媒体として矢印12の方向に流されるようになっている。また、翼環9には、遮熱環11が取り付けられており、遮熱環11には、分割環8及びインピンジメント板13が取り付けられている。インピンジメント板13は、翼環9と分割環8との間に配置されており、流路10からその外周面(半径方向外側の周面)に吹き出された空気を通すための複数個の冷却孔14を備えている。各分割体8aは、外周面15の軸方向上流側(図2において左側)及び下流側(図2において右側)にそれぞれフランジ16を有しており、これらフランジ16を介して遮熱環11に取り付けられている。各分割体8aには、外周面15の軸方向上流側から分割体8aの内部をガスタービン1の軸方向と略平行に延びて下流側の周方向に沿う端面17に貫通する冷却通路18が複数本設けられている。
【0013】
図3に示すように、分割環8を構成する複数の分割体8aは、周方向に沿って配置されている。そして、隣り合う分割体8aは、一の分割体8aにおけるタービン動翼3の回転方向(矢印28で示す)から見て後方側に位置する端部領域19の側面20に形成された溝21と、一の分割体に隣接する他の分割体8aにおけるタービン動翼3の回転方向28から見て前方側に位置する端部領域22の側面23に形成された溝24との間にシール板(シール部材)25が挿入されることにより周方向に連結され、全体として環状の分割環8を形成する。シール板25は、分割体8a同士を連結するとともに、一の分割体8aの側面20と他の分割体8aの側面23との間に形成された隙間26から空気および高温ガスが漏れるのを防ぐシール部材である。なお、シール部材と溝の断面形状はそれぞれ、矩形に限らず円形や楕円、半円、T字、十字等の形状でもよく、複数の様々な形状を組み合わせても構わない。
【0014】
また、図4に示すように遮熱環11に組み付けられる前の段階の分割体8a単品の一方の溝24にシール板25を挿入した状態で、溝24の開口端周辺に位置する側面23の一部をポンチ(punch)等の器具を使用して少なくとも1箇所以上に塑性変形(ポンチング)27を加えることにより、他の分割体8aにおけるタービン動翼3の回転方向28の前方側に位置する端部22のみにシール板25が固定される(作業1)。その後、隙間26を隔てて側面23に対向する側面20に形成され、シール板25が固定されていない状態である一の分割体8aの溝21に、上述した他の分割体8aの端部22に固定された状態のシール板25を挿入する(作業2)。この際、一の分割体8aの端部22にはシール板25が既に作業1により固定されていてもよいし、あるいは、作業1〜2を完了した後に一の分割体8aの端部22にシール板25をあらためて固定してもよい。上記一連の作業を繰り返しながら、各分割体を周方向に沿って環状に配置されるように組み立てて分割環8を形成する。この際のポンチング27はシール板25の半径方向外側及び内側に位置する側面のいずれか一方又は両方に実施してもよいが、外側の方が隙間26に巻き込まれる高温ガスの熱影響を受け難いため、酸化減肉や焼損、溶融、欠落によりポンチング27の固定が緩み難いのでより好ましい。
なお、図4中の符号27は、ポンチングにより凹んだ塑性変形部を示している。また、図面の簡略化を図るため、図3及び図4にはインピンジメント板13を示していない。
【0015】
本実施形態に係る分割環8によれば、シール板25が分割体8aの端部22にポンチング27により固定されているので、シール板25の溝24内からの抜け出しを防止することができて、シール板25の脱落を防止することができる。
また、本実施形態に係る分割環8によれば、シール板25が、お互いに隣接する分割体間の隙間26にタービン動翼3の回転によって高温ガスが巻き込まれ、それによる熱伝達率の上昇の影響を受け難い、各分割体8aにおけるタービン動翼3の回転方向28から見て前方側に位置する端部22に固定されているので、高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を受け易いために酸化減肉や焼損、溶融、欠落等が生じ易い、各分割体8aにおける回転方向28の後方側に位置する端部19に固定されている場合よりも、シール板25の固定が緩み難く、溝24内からの抜け出しをより確実に防止することができて、シール板25の脱落をより確実に防止することができる。
さらに、本実施形態に係る分割環8を具備したガスタービン1によれば、シール板25の溝24内からの抜け出しが防止され、シール板25の脱落が防止されることとなるので、ガスタービン1全体の効率低下や二次的被害を未然に防止して信頼性を向上させることができ、ガスタービン全体の保守点検間隔を長期化させることができると共に、ガスタービン全体の保守点検費用を低減させることができる。
【0016】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、シール板25は隣接する分割体8aの少なくともどちらか一方に固定されていればシール板25の脱落を防止することができるので、溝21の開口端周辺に位置する側面20の一部がポンチ等の器具を使用して塑性変形させられることにより、一の分割体8aにおける回転方向28の後方側に位置する端部19に固定されるようにしてもよい。
また、シール板25は、溝24の開口端周辺に位置する側面23及び溝21の開口端周辺に位置する側面20それぞれの一部がポンチ等の器具を使用して塑性変形させられることにより、一の分割体8aの端部19及び他の分割体8aの端部22の両者にそれぞれ固定されるようにしてもよい。
【0017】
さらに、上述した実施形態では、シール板25が、溝24の開口端周辺に位置する側面23及び/又は溝21の開口端周辺に位置する側面20の一部をポンチ等の器具を使用して塑性変形させることにより、一の分割体8aの端部19及び/又は他の分割体8aの端部22に固定されるものについて説明した。しかし、本発明はこのようなポンチング27による固定に限定されるものではなく、締まり嵌め(焼き嵌め、冷やし嵌め)やボルト、リベット、ピン、ロー付、点溶接等の溶接、あるいは、これらの組合せによってもシール板25を分割体8aに固定することができる。
【符号の説明】
【0018】
1 ガスタービン
3 タービン動翼
8 タービン分割環
8a 分割体
19 端部
20 側面
21 溝
22 端部
23 側面
24 溝
25 シール板(シール部材)
26 隙間
27 変形部(ポンチング)
28 タービン動翼回転方向

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼器で発生した高温ガスが吹き付けられるタービン動翼の半径方向外側に、前記タービン動翼の先端から略一定の隙間を空けて複数の分割体を環状に配設して形成され、隣り合う前記分割体の対向する側面に形成された溝内にシール部材を挿入することにより、前記側面間の隙間を封止するタービン分割環であって、
前記シール部材が、前記分割体における、前記分割体の半径方向内側を回転する前記タービン動翼の回転方向前方側に位置する端部に対してのみ、ポンチングにより固定されていることを特徴とするタービン分割環。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−237318(P2012−237318A)
【公開日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−184803(P2012−184803)
【出願日】平成24年8月24日(2012.8.24)
【分割の表示】特願2008−195147(P2008−195147)の分割
【原出願日】平成20年7月29日(2008.7.29)
【出願人】(000006208)三菱重工業株式会社 (10,378)
【Fターム(参考)】