(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１０）であって、
外側シェル（１１）と、
前記外側シェル（１１）とほぼ同心状態で該外側シェル（１１）に連結されかつ該外側シェル（１１）によって囲まれた内側シェル（１２）と、
前記内側シェル（１２）内に収容された少なくとも１つのタービンロータ（１５）と、
前記内側シェル（１２）によって支持された複数のノズル（１３）及びシュラウド（１４）と、
前記内側シェル（１２）及び外側シェル（１１）に係合しかつ前記ロータ（１５）の周りに該内側シェル（１２）を整列させる複数の連結要素（３１）と、
前記連結要素（３１）の１つ及び内側シェル（１２）間に配置された少なくとも１つのコンプライアント支持体（５１）と
を含み、
前記内側シェル（１２）が、該内側シェル（１２）の周りに円周方向に間隔を置いて配置されて前記連結要素（３１）の一部分を受ける複数の凹部（２０）を有し、
前記タービン（１０）が、さらに、
前記内側シェル（１２）の水平分割線（３７）に沿って該内側シェル（１２）から対向する両方向に突出した少なくとも２つの半径方向外向き突出部（３５、３６）と、
前記内側シェル（１２）の水平分割線（３７）に沿って前記外側シェル（１１）上に配置されて、該内側シェル（１２）から突出した前記少なくとも２つの半径方向外向き突出部（３５、３６）の一部分を受ける少なくとも２つのブラケット（３８、３９）と、
前記ノズル（１３）によって生じた印加トルク荷重の方向における各前記ブラケット（３８、３９）及び半径方向外向き突出部（３５、３６）間の第１の円周方向間隙（４１）と、
反作用トルク荷重の方向における各前記ブラケット及び半径方向外向き突出部（３５、３６）間の第２の円周方向間隙（４０）と
を含むタービン（１０）。
【請求項２】
前記コンプライアント支持体（５１）が、対向する両方向における重力荷重及び前記反作用トルク荷重を受けている前記半径方向外向き突出部（３５、３６）及びブラケット（３８、３９）間に配置されて、前記第１の円周方向間隙（４１）及び第２の円周方向間隙（４０）の和が約０ｍｍよりも大きくなる、請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項３】
前記第１の円周方向間隙（４１）が、約０．３３０２ｍｍである、請求項２記載のタービン（１０）。
【請求項４】
前記コンプライアント支持体（５１）が、スプリング、ベローズ、クレストばね、波形ばね又はバイアス装置を含む、請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項５】
前記連結要素（３１）が、前記内側シェル（１２）に係合する円周方向対面弓形側面（７５）を有する、
請求項１記載のタービン（１０）。
【請求項６】
前記弓形側面（７５）が、その平面がロータ中心線（１６）に向かって半径方向に配向された表面に沿って前記内側シェル（１２）と接触する、
請求項５記載のタービン（１０）。
【請求項７】
タービン（１０）を構成する方法であって、
少なくとも２つのブラケット（３８、３９）を備えた外側シェル（１１）を設けるステップと、
その周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の凹部（２０）を備えまた前記外側シェル（１１）とほぼ同心状態で複数の連結要素（３１）により該外側シェル（１１）に連結されかつ該外側シェル（１１）によって囲まれた内側シェル（１２）を設けるステップと、
前記内側シェル（１２）によって支持された複数のノズル（１３）及びシュラウド（１４）を設けるステップと、
前記内側シェル（１２）内に収容された少なくとも１つのタービンロータ（１５）を設けるステップと、
前記複数の凹部（２０）を前記複数の連結要素（３１）と係合させて、各該凹部（２０）が、各該連結要素（３１）の一部分を受けかつ前記ノズル（１３）によって生じた印加トルク荷重の方向における各前記連結要素（３１）及ぶ各前記凹部（２０）の間の第３の円周方向間隙（３４）及び反作用トルク荷重の方向における各前記連結要素（３１）及ぶ各前記凹部（２０）の間の第４の円周方向間隙（３３）を含むようにするステップと、
タービン組立て時に前記外側シェル（１１）の２つのブラケット（３８、３９）を、前記ロータ（１５）の水平分割線（３７）に沿って対向する両方向に突出した前記内側シェル（１２）の２つの半径方向外向き突出部（３５、３６）と係合させて、各該ブラケット（３８、３９）が、該半径方向外向き突出部（３５、３６）の一部分を受けかつ前記ノズル（１３）によって生じた印加トルク荷重の方向における各前記ブラケット（３８、３９）及び半径方向外向き突出部（３５、３６）間の第１の円周方向間隙（４１）及び反作用トルク荷重の方向における各前記ブラケット及び半径方向外向き突出部（３５、３６）間の第２の円周方向間隙（４０）を含むようにするステップと、
前記ブラケット（３８、３９）の少なくとも１つ及び半径方向外向き突出部（３５、３６）間にコンプライアント支持体（５１）を配置して前記第１の円周方向間隙（４１）を約０ミルよりも大きい状態に維持するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、総括的にはタービンに関する。より具体的には、本発明は、内側及び外側シェル間に配置されかつ半径方向及び円周方向の両方における外側シェルに対する内側シェルの熱膨張及び熱収縮を可能にする改良型の取付け装置を有するガスタービン構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願と同一出願人の先行米国特許第５６８５６９３号には、内側及び外側シェルを有する産業用ガスタービンが記載されている。内側シェルは、１対の軸方向に間隔を置いて配置された円周方向列を成す半径方向外向きに突出したピンを有し、それらのピンは、それらの対向する円周方向両側面上に平坦部を有する先細セクションで終端している。一般的に、円筒形スリーブが外側シェル内のアクセス開口の周りで内向きに突出し、かつ円周方向に延びるネジ付きボルト孔を有する。ボルトがボルト孔を貫通して延びて、ピンの側面上の平坦部と係合する。ボルトを調整することによって、内側シェルは、該内側シェルをロータ軸線の周りで位置決めするように外側シェルの外部から調整可能である。タービン作動時に、シェルが熱的負荷及び物理的荷重に応答すると、内側シェルは、外側シェルに対する真円度及び同心度からはずれるように拡張し又移動する可能性がある。タービン効率は、外側シェルに対する内側シェルの真円度及び同心度によって影響を受けるので、このことにより、タービンを分解せずにシェルを整列させ直すことを可能にしていた。真円度及び同心度は、タービンバケット（ロータに取付けられた）とバケットシュラウド（タービンシェルに取付けられた）との間のギャップを決定し、これが次に、バケットをバイパスするガスの量を決定する。このバイパスガスからはバケットによって何らの仕事も抽出されないので、ガスタービンの性能は、この間隙ギャップに反比例する。
【０００３】
この問題はさらに、参考文献としてその全体を本明細書に組み入れている米国特許第６４５７９３６号においても取組まれており、そこでは、円周方向つまり接線方向にのみ装着された支持ピンを使用した内側及び外側シェル間の改良型の取付け装置を備えている。円周方向に間隔を置いて配置された支持ピンは、外側シェル内のアクセス開口を貫通して配置され、また内側シェルの凹部内に受けられて外側シェルに対する半径方向及び円周方向移動に対して内側シェルを支持しかつ外側シェルに対する内側シェルの半径方向及び軸方向の熱膨張及び熱収縮を可能にするように２つのシェルと係合する突出部を有する。内側タービンシェルの熱膨張及び熱収縮を制御することによって、バケット先端及びシュラウド間の間隙ギャップがガスタービンの作動時に制御されて、効率の改善が得られる。
【０００４】
しかしながら、支持ピンに対する最近のシミュレーションは、内側タービンシェルの同心度及び真円度は、組立て時にピンが始めからどれほどギャップを空けられているかによって左右されることを示している。具体的には、多数の支持ピンによって半径方向に支持された内側タービンシェルでは、ロータエンジンが停止状態にある時に最小限の少なくとも２つのピンが重力荷重を支持しなくてはならない。エンジンが始動する時には、支持ピンは、内側シェルで支持されたノズルによって生じた印加トルクに反作用する。２つの重力荷重を受けているピンは、重力荷重及び反作用トルク荷重を同時に受け、このことが、タービン作動時に両方のシェルが異なった拡張をする時、真円度及び同心度の喪失を招く。さらに、ピンの１つは、反作用トルク荷重とは逆方向の重力荷重を受ける。タービンが作動している時、このピン及び次の隣接ピンは、それらの間の内側シェルセグメントを互いに逆方向へ押す。その結果、作動時に内側シェルのセグメントが拡張した時に、このセグメントは２つのピンの間で締め付けられた状態になり、このことが内側タービンシェル全体を偏心させかつ真円度からはずれさせる。これらの問題に対処する１つの方法は、支持ピンの初期ギャップを緩和することであるが、そのような構成は、タービン効率を低下させる。
【０００５】
シミュレーションはまた、ピン及び内側シェル間の接触線の表面輪郭が、タービン作動時における内側シェルの同心度及び真円度に影響を及ぼすことも示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５６８５６９３号明細書
【特許文献２】米国特許第６４５７９３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、最新式ガスタービン設計においては、内側及び外側シェル間により進化した構成装置の必要性が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ピンにより重力を支持するジレンマを軽減するために、本開示に含まれた実施形態は、タービンを提供し、本タービンは、外側シェルと、外側シェルとほぼ同心状態で該外側シェルに連結されかつ該外側シェルによって囲まれた内側シェルと、内側シェル内に収容された少なくとも１つのタービンロータと、内側シェルによって支持された複数のノズル及びシュラウドと、内側シェル及び外側シェルに係合しかつロータの周りに該内側シェルを整列させる複数の連結要素と、少なくとも１つのコンプライアント支持体とを含む。特定の実施形態では、連結要素は、その平面がロータ中心線に向かって半径方向に配向された線接触部に沿って内側シェルに係合する円周方向対面弓形側面を有する。
【０００９】
本開示の実施形態はまた、タービンを含み、本タービンは、外側構造シェルと、外側構造シェルとほぼ同心状態で該外側構造シェルに連結されかつ該外側構造シェルによって囲まれた内側シェルとを含み、内側シェルは、該内側シェルの周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の凹部を有し、本タービンはさらに、内側シェルによって支持された複数のノズル及びシュラウドと、内側シェル内に収容されたタービンロータとを含み、内側シェルは、ロータの水平分割線に沿って対向する両方向に突出した２つの半径方向外向き突出部を含み、本タービンはまた、内側シェル及び外側シェル間に係合してロータの周りに該内側シェルを整列させる複数のピンを含み、各ピンは、ノズルによって生じた印加トルク荷重の方向における第１の円周方向間隙及び反作用トルク荷重の方向における第２の円周方向間隙を備えた状態で各凹部に係合して外側シェルに対する内側シェルの異なる成長及び収縮を可能にし、外側シェルはさらに、タービン組立時に２つの半径方向外向き突出部の一部分を受けて、内側シェルに対する水平方向支持を与える２つのブラケットを含み、各半径方向外向き突出部は、ノズルによって生じた印加トルク荷重の方向における第３の円周方向間隙及び反作用トルク荷重の方向における第４の円周方向間隙を備えた状態で各ブラケットに係合して外側シェルに対する内側シェルの異なる成長及び収縮を可能にし、本タービンはまた、ブラケットの１つに固定されて、該ブラケットの印加トルク荷重の方向における第３の円周方向間隙を約０ミルよりも大きい状態に維持するスプリングを含む。
【００１０】
本開示の実施形態はまた、改善した効率を有するタービンを構成する方法を含む。本方法は、少なくとも２つのブラケットを備えた外側シェルと、その周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の凹部を備えたまた外側シェルとほぼ同心状態で複数の連結要素により該外側シェルに連結されかつ該外側シェルによって囲まれた内側シェルと、内側シェルによって支持された複数のノズル及びシュラウドと、内側シェル内に収容された少なくとも１つのタービンロータをとを設けて、各凹部が、ノズルによって生じた印加トルク荷重の方向における第１の円周方向間隙及び反作用トルク荷重の方向における第２の円周方向間隙を維持するように各連結要素に係合して、ロータ円周方向における外側シェルに対する内側シェルの異なる成長及び収縮を可能にするようにするステップと、複数の凹部を複数のピンと係合させて、各凹部が、ノズルによって生じた印加トルク荷重の方向における第１の円周方向間隙及び反作用トルク荷重の方向における第２の円周方向間隙を備えた状態で各ピンの一部分を受けるようにするステップと、タービン組立時に外側シェルの２つのブラケットをロータの水平分割線に沿って対向する両方向に突出した内側シェルの２つの半径方向外向き突出部と係合させて、各ブラケットが、ノズルによって生じた印加トルク荷重の方向における第３の円周方向間隙及び反作用トルク荷重の方向における第４の円周方向間隙を備えた状態で各半径方向外向き突出部の一部分を受けるようにするステップと、ブラケットの１つにコンプライアント支持体を固定して印加トルク荷重の方向における第３の円周方向間隙を約０ミルよりも大きい状態に維持するステップとを含む。
【００１１】
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半径方向ピンジオメトリを組み込んだタービンセクションの一部分の部分断面図。
【図２】明瞭にするためにノズルを図示していない状態の内側シェルの斜視図。
【図３】ピンが凹部に係合しかつ突出部がブラケットに係合した状態の内側及び外側シェル間の連結部を示す概略軸方向端面図。
【図４】図３のセクションＡ−Ａ’の拡大断面図。
【図５Ａ】対向する方向に連結要素及びバケットに対して作用する力を示す、図３のセクションＡ−Ａ’の拡大断面図。
【図５Ｂ】同一方向に連結要素及びバケットに対して作用する力を示す、図３のセクションＢ−Ｂ’の拡大断面図。
【図６】ピンだけが凹部に係合した状態の内側及び外側シェル間の連結部を示す概略軸方向端面図。
【図７】支持ピンの部分図。
【図８−９】ピン及び内側シェル間の接触部の上方から見た図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上に要約したように、本発明の実施形態は、改善したタービン効率を有するタービンを含み、またタービンが作動状態にある時の外側シェルに対する内側シェルの真円度及び同心度の喪失を減少させることによってタービン効率を改善する構成方法を含んでいる。
【００１４】
特定の実施形態では、本タービンは、外側シェルと、外側シェルとほぼ同心状態で該外側シェルに連結されかつ該外側シェルによって囲まれた内側シェルと、内側シェル内に収容された少なくとも１つのタービンロータと、内側シェルによって支持された複数のノズル及びシュラウドと、内側シェル及び外側シェルに係合しかつロータの周りに該内側シェルを整列させる複数の連結要素と、少なくとも１つのコンプライアント支持体とを含む。
内側タービンシェル支持構成
図１には、タービンセクションの特定の実施形態を示している。タービン１０は、外側シェル１１と該外側シェル１１によって支持された内側シェル１２とを有する。内側シェル１２は、ノズル１３及びシュラウド１４の列を支持する。内側シェル１２は、ロータ軸線１６の周りで回転可能なその全体を参照符号１５で示したロータを囲む。複数の連結要素が、軸方向１２０での軸方向位置（図示せず）における半径方向１１０であるロータの軸線に対して垂直な半径方向平面に沿って、内側シェル１２を外側シェル１１に固定する。
【００１５】
図２に示す実施形態によると、内側シェル１２は、円周方向に間隔を置いて配置されて連結要素を受ける凹部２０を含む。図３に示す特定の実施形態では、連結要素は、外側シェル１１のアクセス開口３２を貫通して内側シェル１２の凹部２０によって受けられた支持ピン３１を含む。支持ピン３１及び内側シェル１２の凹部２０間には、円周方向１３０の複数の円周方向間隙３３及び３４が設けられる。特定の実施形態では、タービンはさらに、内側シェル１２の凹部２０内において、連結要素３１及び内側タービンシェル間にロータの軸方向１２０の間隙をさらに含むことができる。そのような軸方向間隙は、外側シェル１１に対する内側シェルの異なる成長を可能にする。
【００１６】
当業者には、タービンはあらゆる適当数の連結要素を含むことができることを理解されたい。理論的には、無限数の連結要素が最も望ましいと言えるが、無限数の連結要素は実施不能であり、従って連結要素の最大数は、製造及びコストを考慮して決まることになることが当業者には分かるであろう。例えば、特定の実施形態では、タービンは、２〜３６個、より具体的には４〜１６個、さらに具体的には５〜１０個の任意の数の連結要素を含む。例えば、図４に示す特定の実施形態では、連結要素は、内側シェル１２の周りに円周方向に間隔を置いて配置された８個の支持ピン３１を含む。
【００１７】
内側シェル１２はさらに、該内側シェルから対向する両方向に突出した少なくとも２つの半径方向外向き突出部３５及び３６を含むことができる。特定の実施形態では、少なくとも２つの半径方向外向き突出部３５及び３６は、上に述べたピンのようなピン３１を含む。特定の実施形態では、半径方向外向き突出部３５及び３６は、タービン組立時に水平分割線３７に沿って配置されて、内側シェル１２に対して水平方向の支持を与える。外側シェル１１はさらに、それぞれ突出部３５及び３６の一部分を受ける少なくとも２つの支持ブラケット３８及び３９を含むことができる。図４に示す特定の実施形態では、ブラケット３８及び３９は、突出部３５及び３６に係合し、それによってタービン組立時に内側シェル１２に対して水平方向の支持を与えながら、突出部３５及び３６並びにブラケット３８及び３９間に所望の円周方向間隙４０及び４１も維持する。
【００１８】
タービンを作動させると、ノズルはロータ並びに内側及び外側シェル上に印加トルク荷重を生じることになることが、当業者には分かるであろう。いずれかの理論によって束縛されることを欲するものではないが、支持ピンは、トルク荷重に反作用して、外側シェルに対する内側シェルの真円度及び同心度の喪失を減少させると思われる。例えば、図４を参照すると、ノズルからの印加トルクが反時計方向（点線矢印）である場合には、支持ピン上の反作用トルク荷重は、時計方向（白ブロック矢印）に作用することになる。円周方向間隙３３及び４０は、反作用トルク荷重が内側シェルをピンに対して押圧した時に該間隙が狭くなるので、「反作用トルク荷重の方向における」ギャップである。１つの実施形態では、反作用トルク荷重の方向における１つ又はそれ以上の円周方向間隙は、タービン組立時に約０ミル〜約２０ミル、約５ミル〜約１５ミル、又は約５ミル〜１０ミルであるように構成される。別の実施形態では、反作用トルク荷重の方向における１つ又はそれ以上の円周方向間隙は、タービン組立時に約０ミル〜約６ミルであるように構成される。さらに別の実施形態では、反作用トルク荷重の方向における１つ又はそれ以上の円周方向間隙は、組立時に約０ミルであるように構成される。
【００１９】
ノズルからの印加トルクが反時計方向である同一の実施例を使用すると、円周方向間隙３４及び４１は、印加トルク荷重が内側シェルをピンに対して押圧した時に該間隙が狭くなるので、「印加トルク荷重の方向における」ギャップである。１つ実施形態では、印加トルク荷重の方向における１つ又はそれ以上の円周方向間隙は、タービン組立時に約５ミル〜約２０ミルであるように構成される。別の実施形態では、印加トルク荷重の方向における１つ又はそれ以上の円周方向間隙は、タービン組立時に約８ミル〜約１５ミルであるように構成される。さらに別の特定の実施形態では、印加トルク荷重の方向における１つ又はそれ以上の円周方向間隙は、組立時に約１３ミルであるように構成される。
【００２０】
一般的に、円周方向間隙３３及び３４或いは４０及び４１の和（全円周方向間隙）は、連結要素３１及び凹部２０の最大熱膨張よりも大きくして、エンジン作動時にこれらの構成要素が拘束されるのを防止すべきである。従って、これらの円周方向間隙の範囲は、使用している特定のエンジン、特定の凹部及び特定の連結要素の寸法に応じて決まることになる。
【００２１】
上に述べた実施形態では、２つの半径方向外向き突出部３５及び３６並びにそれらのそれぞれの支持ブラケット３８及び３９が、タービン組立時に内側シェル１２の慣性荷重に反作用することができる（図３）。円周方向間隙４０及び４１の構成を保証するために、本発明の実施形態はさらに、円周方向間隙４１内において半径方向外向き突出部３５及び支持ブラケット３９の間に配置されたコンプライアント支持体５１を含み（図５Ａ）、コンプライアント支持体５１は、対向する両方向における慣性荷重及び反作用トルク荷重の両方を受ける。いずれかの理論によって束縛されることを欲するものではないが、そのような構成は、内側シェルの慣性荷重に反作用し、該内側シェルが半径方向及び円周方向の両方に熱膨張及び熱収縮することを可能にし、かつロータ軸線の周りでの同心度を維持すると思われる。このコンプライアント支持体は、組立時に慣性力に反作用するのに必要な十分な力を加え、それによって円周方向間隙４０をほぼ０ミルまで閉じさせる。しかしながら、コンプライアント支持体によって加えられる力は、支持力と両表面間の摩擦との組合せ効果により支持ブラケット３９に対して外向き突出部３５を拘束するには不十分なものであるべきである。
【００２２】
例えば、図５Ａを参照すると、ノズルからの印加トルク（点線矢印）は、反時計方向であり、またピン上の反作用トルク荷重（白ブロック矢印）は、時計方向である。ブラケット３９上の慣性荷重は、上向きに押圧している（黒ブロック矢印）。特定の実施形態では、コンプライアント支持体５１は、ブラケット３９に固定されかつ対向する両方向における重力荷重及び反作用トルク荷重を受け、それによってそのブラケットの印加トルク荷重の方向における円周方向間隙４１をタービン組立及び作動時に約０ミルよりも大きい状態に維持する。図５Ｂには、円周方向間隙４２及び４３を備えた対向する半径方向外向き突出部３６及び支持ブラケット３８の状態を示している。この特定の実施形態では、ノズルからの印加トルク（点線矢印）は反時計方向であり、ピン上の反作用トルク荷重（白ブロック矢印）は時計方向であり、またブラケット３８上の慣性荷重は、上向きに押圧している（黒ブロック矢印）。慣性荷重及び反作用トルク荷重は互いに一致するので、円周方向間隙４２及び４３を維持するためにコンプライアント支持体は不要である。特定の実施形態では、印加トルク荷重の方向における円周方向間隙は、タービン組立及び作動時に約０ミル〜約１５ミルに維持され、或いは別の実施形態では、タービン組立及び作動時に約５ミル〜約１０ミルに維持される。さらに別の特定の実施形態では、円周方向間隙は、タービン組立及び作動時に、約１３ミルに維持される。しかしながら、円周方向間隙の適当な範囲は一般的に、使用している具体的エンジン寸法に応じて決まるとことを、当業者には理解されたい。
【００２３】
図６に示す別の実施形態では、突出部３５及び３６並びに支持ブラケット３８及び３９の代わりに、２つの付加的なピン６１及び６２並びに対応する凹部６３及び６４が使用される。ピン及び凹部の数及び位置は、それらが内側シェルの周りであらゆる適当な状態で円周方向に間隔を置いて配置されるように調整することができる。対向する方向の重力荷重及び反作用トルク荷重を受ける凹部に対してまた、コンプライアント支持体６５を付加して、タービン組立て及び作動時に円周方向間隙を上に述べた範囲内に維持することができる。この実施形態では、反作用トルク荷重の方向における円周方向間隙は、組立時には閉じられ（つまり、約０ミルの状態に維持され）、また作動時には反作用ノズルトルク作用により閉じた状態を保つ傾向があり、他方、印加トルク荷重の方向における円周方向間隙３４は、約０ミルよりも大きい。特定の実施形態では、円周方向間隙３３は、組立て及び作動時には閉じられるが、円周方向間隙３４は、約５ミル〜約１５ミルである。
【００２４】
別の実施形態では、対向する両方向における重力荷重及び反作用トルク荷重を受ける連結要素は、タービン作動時に外部機構によって配置し直すことができる。
【００２５】
特定の実施形態によると、コンプライアント支持には、スプリング、ベローズ、クレスト又は波形ばね、或いは力置換装置又は定力装置（例えば、空気圧ピストン）のようなあらゆるその他の適当なバイアス装置が含まれる。コンプライアント支持体の材料は、タービンの用途に応じて決まることになり、またそれに限定されないが、作動温度、印加力の大きさ及び繰返し荷重を含む因子を考慮に入れるべきであることを、当業者には理解されたい。コンプライアント支持体に適した材料の非限定的な実施例には、ステンレス鋼、リン青銅及びベリリウム銅を含む鉄合金類並びに非鉄合金類が含まれる。
連結要素接触表面輪郭
さらに、内側シェルとの連結要素の接触面輪郭は、ロータ軸線の周りにおける内側及び外側タービンシェルの同心度に影響を及ぼすということも発見された。特定の実施形態では、図７に示す支持ピン３１は、複数のボルト開口７２を備えたボルトサークル７１を有する拡大頭部、ほぼ円柱形のシャンク７３、及び該支持ピンの半径方向最内端部上の拡張水平張出し部７４を含む。水平張出し部７４の対向する円周方向対面側面７５の各々は、弓形表面を有する。各側面７５の弓形表面は、ロータの軸線にほぼ平行に延びる軸線の周りに円柱形表面の一部分を含む。
【００２６】
特定の実施形態によると、支持ピン３１の各側面７５の弓形表面は、内側シェルの凹部の側面に沿って円周方向に線接触で当接する。この線接触部は、軸方向に延びる。図８に示す特定の実施形態では、線接触部８２は、その平面がロータ中心線に向かって半径方向に配向された表面（例えば、支持ピン３１の各側面７５の弓形表面）に沿って位置する。支持ピンが、外側シェル１１及び内側シェル１２が異なる割合で拡張又は収縮した状態でその平面がロータ中心線に向かって半径方向に配向された表面に沿って内側シェル１２に接触する時、この相対移動に対する抵抗は、線接触部に対して垂直な接触力及び摩擦係数による摩擦力のみとすることができる。全てのそのようなピン及び内側シェル構成が同じ構成を有する場合には、システムは、同心を保つことになる。
【００２７】
図９に示すように、接触面輪郭８２がロータ中心８１に向かって半径方向に配向された線と同一平面上にない場合には、半径方向力成分が発生する（摩擦に加えて）可能性があり、この半径方向力成分が、リングが熱的に拡張又は収縮した時に該リングを偏心させるおそれがある。内側シェルが拡張又は収縮した時に、個々のピン及びシェルの接触は、全く相対移動にない期間を経験し、その後スティックスリップ事象と呼ばれる突発的相対移動が続く。非半径方向力成分は、これらのスティックスリップ事象の間における同心度に悪影響を及ぼす。別の実施形態では、連結要素は、上に述べた半径方向力成分を低減又は排除する非円柱形接触面を有することができるが、そのような連結要素は、本開示の技術的範囲外である。
【００２８】
本明細書において示した支持ピンの実施形態は、内側シェルが、ロータ軸線の周りで真円度及び同心度を維持しながら、半径方向、円周方向及び軸方向に熱膨張及び熱収縮することを可能にすることが分かるであろう。タービンが始動すると、内側シェルは、該内側シェルの加熱によって外側シェルに対して半径方向外向きに拡張することができる。同様に、必要に応じて、バケット対シュラウド間隙を制御するために、内側シェルを冷却して、タービンロータに対して収縮させることができる。上に述べたピン及びそれらの構成の装置の場合では、１つのピン又は突出部は、複数のピン又は突出部間で内側シェルのセグメントを挟み付けることなく、トルク荷重及び重力荷重を同時に受けることができる。ピンの接触表面輪郭もまた、外側シェル及びロータ軸線に対する内側シェルの同心度を維持する。さらに、凹部はその軸方向寸法が水平張出し部の軸方向寸法よりも大きく、また水平張出し部は凹部の中間に設置されているので、軸方向における内側シェルの異なる成長は、支持ピンによっては対処されない。
【００２９】
本発明はさらに、下記の実施例によって説明するが、それは、いずれにしても本発明の技術的範囲に限定を加えるものとして解釈してはならない。反対に、本明細書の説明を読んだ後に本発明の技術思想及び／又は特許請求の範囲の技術的範囲から逸脱することなく当業者が考え付くことができる様々なその他の実施形態、変更形態及びそれらの均等物に対して、本手段を適用することできることを明確に理解されたい。
【００３０】
最初に、外側シェルの２つのブラケットによって受けられる２つの半径方向外向き突出部を備えた状態で内側シェルの周りに円周方向に間隔を置いて配置された８個のピンを含むタービンは、ピン及び凹部間の全ての間隙並びにブラケット及び突出部間の全ての間隙が、組立体において約６．５ミルであるように、構成された。時間の関数として温度及び力の実験的測定を行なった後に、熱的／構造的な有限要素分析からフーリエ係数を抽出して取得した。タービンは、組立体おいて、反作用トルク荷重の方向における間隙が閉じられかつ印加トルク荷重の方向における間隙が約１３ミルであるように構成された。同じ実験を行い、その結果得られるフーリエ係数を抽出し取得した。テスト結果の比較は、第１の構成と比較した時、第２の構成における真円度の４３％の改善を示した。
【００３１】
以上の結果は、本発明の特定の実施形態に関するものであり、また特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲から逸脱することなく、これら実施形態において数多くの変更を加えることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３２】
１０ タービン
１１ 外側シェル
１２ 内側シェル
１３ ノズル
１４ シュラウド
１５ ロータ
１６ ロータ軸線
２０、６３、６４ 凹部
３１、６１、６２ 支持ピン
３２ アクセス開口
３３、３４、４０、４１、４２、４３ 間隙
３４ 第３の円周方向間隙
３３ 第４の円周方向間隙
４１ 第１の円周方向間隙
４０ 第２の円周方向間隙
３５、３６ 外向き突出部
３７ 水平分割線
３８、３９ 支持ブラケット
５１、６５ コンプライアント支持体
７１ ボルトサークル
７２ ボルト開口
７３ シャンク
７４ 水平張出し部
７５ 側面
８１ ロータ中心
８２ 線接触部
１１０ 半径方向
１２０ 軸方向
１３０ 円周方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８−９】
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