(57)【要約】  スクロールとその支持部材との間に生じる熱応力の発生を抑制することにより、高い信頼性を有するガスタービンエンジンを提供する。  単缶式の燃焼器を備えるガスタービンエンジンにおいて、燃焼器からの燃焼ガスを回転軸心の回りに旋回させながらタービンに導くスクロール（７）と、このスクロール（７）を当該ガスタービンエンジンに対して支持するフランジ部材（３１）と、前記スクロール（７）と前記フランジ部材（３１）とを連結する連結部材（３５）とを設け、前記スクロール（７）および前記フランジ部材（３１）を、互いに直接接触しない状態でそれぞれ前記連結部材（３５）に接合させる。
2013094380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単缶式の燃焼器を備えるガスタービンエンジンであって、
燃焼器からの燃焼ガスを回転軸心の回りに旋回させながらタービンに導くスクロールと、
このスクロールを内周側から当該ガスタービンエンジンに対して支持するフランジ部材と、
前記スクロールと前記フランジ部材とを連結する環状の連結部材と、
を備え、
前記スクロールおよび前記フランジ部材は、互いに直接接触しない状態でそれぞれ前記連結部材に接合されているガスタービンエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記連結部材が、この連結部材の外周面を形成する、前記スクロールに接合された外周環部と、前記連結部材の内周面を形成する、前記フランジ部材に接合される内周環部と、前記外周部と内周部との間に介在する、径方向に延びる中間環部とからなるガスタービンエンジン。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記連結部が、前記スクロールを形成する材料と同一の材料により形成されているガスタービンエンジン。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記フランジ部材が、互いの軸方向の一端部同士が接合された筒状の内周部と外周部とから形成されており、前記連結部材が、前記フランジ部材の外周部および前記スクロールに接合されているガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１１年１２月２１日出願の特願２０１１−２７９３４９の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、スクロールを備えるガスタービンエンジンに関し、特にはそのスクロールの支持構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
単缶燃焼器式ガスタービンエンジンの構成部材の一つとして、スクロールが使用されている。燃焼器で発生した高温の燃焼ガスは、スクロール内を通って回転軸心回りに旋回しながらタービンに導かれる。このようにスクロールを使用することにより、１つの燃焼器から出た燃焼ガスを、初段タービンノズルに対して均一に流入させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３２４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、一般に板金で構成されるスクロールは、その内部を流れる高温の燃焼ガスに曝されるので、熱伸びによる変形が生じる。このため、スクロールと、スクロールを支持する、直接燃焼ガスに接しない部材とを直接接合すると、温度差による応力が生じ、われが発生する可能性がある。【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、スクロールとその支持部材との間に生じる熱応力の発生を抑制することにより、高い信頼性を有するガスタービンエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るガスタービンエンジンは、単缶式の燃焼器を備えるガスタービンエンジンであって、燃焼器からの燃焼ガスを回転軸心の回りに旋回させながらタービンに導くスクロールと、このスクロールを内周側から当該ガスタービンエンジンに対して支持するフランジ部材と、前記スクロールと前記フランジ部材とを連結する連結部材とを備えており、前記スクロールおよび前記フランジ部材は、互いに直接接触しない状態でそれぞれ前記連結部材に接合されている。【０００８】
この構成によれば、連結部材を介して、スクロールとフランジ部材とが直接連結されない状態で連結されるので、高温のスクロールとフランジ部材との間の温度差による熱応力の発生が抑制され、これらの部材の割れの発生が効果的に防止される。【０００９】
本発明の一実施形態において、前記連結部材が、この連結部材の外周面を形成する、前記スクロールに接合された外周環部と、前記連結部材の内周面を形成する、前記フランジ部材に接合される内周環部と、前記外周部と内周部との間に介在する、径方向に延びる中間環部とからなることが好ましい。この構成によれば、径方向に延びる中間環部の径方向寸法および軸方向寸法を適宜選択することにより、スクロールの割れの発生を容易に防止することが可能となる。【００１０】
本発明の一実施形態において、前記連結部材が、前記スクロールを形成する材料と同一の材料により形成されていることが好ましい。つまり、連結部材のスクロールに接合される部分もスクロールと同様に高温に曝されることになるが、連結部材をスクロールと同様に耐熱性および耐酸化性に優れる材料で形成することにより、長期間に渡って安定的にスクロールを支持することができる。【００１１】
本発明の一実施形態において、前記フランジ部材が、互いの軸方向の一端部同士が接合された筒状の内周部と外周部とから形成されており、前記連結部材が、前記フランジ部材の外周部および前記スクロールに接合されていることが好ましい。この構成によれば、フランジ部材が径方向に伸縮可能に形成されているので、フランジ部材によってスクロールの径方向の熱伸びを吸収して一層安定的にスクロールを支持できる。【００１２】
請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンの構造を示す縦断面図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図３】図１のガスタービンエンジンの要部を模式的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンＧＴを示す縦断面図である。このガスタービンエンジンＧＴは、主要な構成要素として、圧縮機１、単缶式の燃焼器３およびタービン５を備えている。このガスタービンエンジンＧＴの出力により、図示しない発電機のような負荷が駆動される。燃焼器３とタービン５との間には、燃焼器３からの燃焼ガスを回転軸心Ｃの回りに旋回させながらタービン３に導くスクロール７が設けられている。
【００１５】
圧縮機１およびタービン５はガスタービンエンジンＧＴのハウジング９内に収納され、燃焼器３は、タービン５の上部に、ハウジング９に突出して取り付けられている。上述のように燃焼器３は単缶式であり、ガスタービンエンジンＧＴの回転軸心Ｃから偏心した位置でタービン５の上部に配置されて、ほぼ鉛直方向に延びている。スクロール７の径方向外方および後方（軸心方向のタービン５側）は、ハウジング９の一部分を形成するスクロールハウジング１３により覆われている。圧縮機１は２段遠心式であり、第１および第２羽根車１１，１２のそれぞれ下流側に第１および第２ディフューザ１４，１５が配置されている。
【００１６】
圧縮機１で圧縮された圧縮空気は、スクロールハウジング１３内に流入し、スクロール７の外周面を冷却した後に燃焼器３に送られ、燃焼器３で燃料と混合されて燃焼される。燃焼器３で発生した燃焼ガスＧは、スクロール７を介してタービン５に導かれてタービン５を回転させ、このタービン５に回転軸１０によって連結されている圧縮機１と、回転負荷である発電機とを駆動する。
【００１７】
スクロール７の外周壁７ａの外周面には、板状部材からなる複数の外周支持部材２１の軸方向の一端部が溶接により接合されている。この外周支持部材２１の軸方向の他端が、連結ボルトＢ１によって第２ディフューザ１５に軸方向に摺動可能に取り付けられている。また、スクロール７の内周壁７ｂは、内周支持部材２５を介して、タービン５の第１段タービンノズル２７の外周部に、軸心方向に摺動可能に連結されている。
【００１８】
第２ディフューザ１５の内径側後端部（タービン５側の端部）１５ａには、図２に拡大して示すように、圧縮機１とタービン５との間をシールするシールプレート３３が固定ボルトＢ２によって連結されている。第２ディフューザ１５の内径側後端部１５ａの外周には、環状のフランジ部材３１の内側マウント部３１ａと、第１段タービンノズル２７の内側マウント部２７ａとが嵌合されている。フランジ部材３１は、互いの軸方向の一端部（前端部）同士がシーム溶接によって接合された筒状の内周部３１ｂと外周部３１ｃとで構成されており、内周部３１ｂの内側端部に前記内側マウント部３１ａが一体形成されている。つまり、フランジ部材３１が径方向に伸縮可能に形成されているので、フランジ部材３１によってスクロール７の径方向の熱伸びを吸収して安定的にスクロール７が支持される。
【００１９】
フランジ部３１の内側マウント部３１ａには、図３に示すように、径方向内側に突出する、周方向に等間隔に配置された複数の突片３１ｄが設けられており、第１段タービンノズル２７の内側マウント部２７ａにも同様な突片２７ｄ（図２）が設けられている。他方、これら突片２７ｄ，３１ｄに対応して、第２ディフューザ１５の内径側後端部１５ａには凹所４０が形成されており、図２に示すように、各凹所４０に突片２７ｄ，３１ｄが重ね合わせた状態で挿入されて、第１タービンノズル２７とフランジ部材３１の周方向位置が規制されている。これら突片２７ｄ，３１ｄが、各内側マウント部２７ａ，３１ａと共に、固定ボルトＢ２の締結力により、第２ディフューザ１５の内径側後端部１５ａとシールプレート３３との間に挟持されている。
【００２０】
スクロール７の前壁７ｃとフランジ部材３１の外周部３１ａとは、環状の連結部材３５を介して連結されている。具体的には、連結部材３５は、その外周面を形成する連結部材外周環部３５ａと、内周面を形成する連結部材内周環部３５ｂと、これら環部間に介在する、スクロール７のほぼ径方向に延びる中間環部３５ｃとを有している。
【００２１】
スクロール７の後端が連結部材外周部３５ａの前端に接合され、フランジ部材３１の外周部３１ｂの後端が連結部材内周部３５ｂの前端に接合されることにより、連結部材３５を介してスクロール７とフランジ部材３１とが連結されている。スクロール７と連結部材３５との接合、およびフランジ部材３１と連結部材３５との接合は、例えば、突き合わせ溶接によってなされる。
【００２２】
なお、本実施形態におけるスクロール７および連結部材３１は、耐熱性および耐酸化性に優れる同一の金属材料、例えばコバルト系合金によって形成されている。また、フランジ部材３１の外周部３１ｂは、耐熱性および耐酸化性に優れるニッケル系合金で形成されており、内周部３１ｂは、ステンレス鋼で形成されている。
【００２３】
このように、本実施形態に係るガスタービンエンジンＧＴのスクロール構造においては、スクロール７とフランジ部材３１とを、連結部材３５を介在させることにより、直接接触させずに連結している。したがって、高温のスクロール７とフランジ部材３１との間の温度差による熱応力の発生が抑制され、これらの部材の割れの発生が効果的に防止される。特に、連結部材３５は、径方向に延びる中間環部３５ｃを有しているので、中間環部３５ｃの径方向寸法および軸方向寸法を適宜選択することにより、スクロール７の割れの発生を容易に防止することが可能となる。
【００２４】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
１    圧縮機
３    燃焼器
５    タービン
７    スクロール
３１  フランジ部材
３５  連結部材
３５ａ  連結部材の外周環部
３５ｂ  連結部材の内周環部
３５ｃ  連結部材の中間環部
ＧＴ  ガスタービンエンジン
【図１】
2013094380.tif 000003
【図２】
2013094380.tif 000004
【図３】
2013094380.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月19日(2014.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単缶式の燃焼器を備えるガスタービンエンジンであって、
燃焼器からの燃焼ガスを回転軸心の回りに旋回させながらタービンに導くスクロールと、
このスクロールを内周側から当該ガスタービンエンジンに対して支持するフランジ部材と、
前記スクロールと前記フランジ部材とを連結する環状の連結部材と、
を備え、
前記スクロールおよび前記フランジ部材は、互いに直接接触しない状態でそれぞれ前記連結部材に接合されており、
前記連結部材が、この連結部材の外周面を形成する、前記スクロールに接合された外周環部と、前記連結部材の内周面を形成する、前記フランジ部材に接合される内周環部と、前記外周環部と内周環部との間に介在する、径方向に延びる中間環部とからなるガスタービンエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記連結部材が、前記スクロールを形成する材料と同一の材料により形成されているガスタービンエンジン。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記フランジ部材が、互いの軸方向の一端部同士が接合された筒状の内周部と外周部とから形成されており、前記連結部材が、前記フランジ部材の外周部および前記スクロールに接合されているガスタービンエンジン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
しかし、一般に板金で構成されるスクロールは、その内部を流れる高温の燃焼ガスに曝されるので、熱伸びによる変形が生じる。このため、スクロールと、スクロールを支持する、直接燃焼ガスに接しない部材とを直接接合すると、温度差による応力が生じ、割れが発生する可能性がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記連結部材が、この連結部材の外周面を形成する、前記スクロールに接合された外周環部と、前記連結部材の内周面を形成する、前記フランジ部材に接合される内周環部と、前記外周環部と内周環部との間に介在する、径方向に延びる中間環部とからなることが好ましい。この構成によれば、径方向に延びる中間環部の径方向寸法および軸方向寸法を適宜選択することにより、スクロールの割れの発生を容易に防止することが可能となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
スクロール７の前壁７ｃとフランジ部材３１の外周部３１ｃとは、環状の連結部材３５を介して連結されている。具体的には、連結部材３５は、その外周面を形成する連結部材外周環部３５ａと、内周面を形成する連結部材内周環部３５ｂと、これら環部間に介在する、スクロール７のほぼ径方向に延びる中間環部３５ｃとを有している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
スクロール７の後端が連結部材外周部３５ａの前端に接合され、フランジ部材３１の外周部３１ｃの後端が連結部材内周部３５ｂの前端に接合されることにより、連結部材３５を介してスクロール７とフランジ部材３１とが連結されている。スクロール７と連結部材３５との接合、およびフランジ部材３１と連結部材３５との接合は、例えば、突き合わせ溶接によってなされる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
なお、本実施形態におけるスクロール７および連結部材３１は、耐熱性および耐酸化性に優れる同一の金属材料、例えばコバルト系合金によって形成されている。また、フランジ部材３１の外周部３１ｃは、耐熱性および耐酸化性に優れるニッケル系合金で形成されており、内周部３１ｂは、ステンレス鋼で形成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013094380.tif 000006
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2013094380.tif 000007
【国際調査報告】
2013094380.tif 000008
2013094380.tif 000009
2013094380.tif 000010