(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンにおける燃焼器とタービンの間のトランジション構造であって、
ダクトおよび前記ダクトの下流端から突出するフランジを含むトランジションピースと、
前記ダクトを囲繞するピースカバーと、を備え、
前記ピースカバーは、前記タービンとの間に前記フランジを挟持した状態で、ボルトにより前記タービンに固定されるボスであって、前記フランジを超えて前記タービンに当接するボスを含み、
前記タービンは、ノズルフランジを有するタービンノズルと、前記ノズルフランジを支持するノズルサポートと、前記ノズルフランジと前記トランジションピースのフランジとの間に介在してそれらと面接触するとともに前記ノズルサポートと前記ボスとの間に介在してそれらと面接触する、前記タービンの軸心を中心とするリング状のアダプタと、を含む、トランジション構造。
【請求項２】
前記ボルトは、前記ノズルサポートおよび前記アダプタを貫通している、請求項１に記載のトランジション構造。
【請求項３】
前記トランジションピースのフランジは、前記ダクトの円弧状出口よりも上流側に位置しており、
前記アダプタは、前記ダクトにおける前記円弧状出口の外径側または内径側に位置する円弧壁と対向しており、
前記アダプタには、当該アダプタを径方向に貫通する冷却穴が設けられている、請求項１または２に記載のトランジション構造。
【請求項４】
前記トランジションピースのフランジは、前記ダクトの下流端から前記ダクトの円弧状出口の外径側に突出する外側フランジと前記ダクトの下流端から前記円弧状出口の内径側に突出する内側フランジの少なくとも一方である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトランジション構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンにおける燃焼器とタービンの間のトランジション構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、燃焼器とタービンの間にトランジションピースが設けられている。例えば、特許文献１には、図６に示すようなトランジション構造が開示されている。
【０００３】
図６に示すトランジション構造では、トランジションピース１００が、円形状入口および円弧状出口を有するダクト１０１と、ダクト１０１の下流端から突出する外側フランジ１０２および内側フランジ１０３を含む。外側フランジ１０２は、図略のボルトによってタービン１１０に固定されている。
【０００４】
トランジションピース１００のダクト１０１は、ピースカバー１３０によって囲繞されている。ピースカバー１３０には、ダクト１０１との固定用のボス１３１が設けられている。このボス１３１は、図略のボルトによってダクト１０１に設けられたラグ（図示せず）に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１７４６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図６に示すトランジション構造では、ピースカバー１３０がダクト１０１にボルトにより固定され、トランジションピース１００が別のボルトによってタービン１１０に固定されている。このような構造では、ボルトの数が多く、組立作業に多くの時間がかかる。
【０００７】
そこで、本発明は、組立作業を簡略化することができるトランジション構造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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明のトランジション構造は、ガスタービンにおける燃焼器とタービンの間のトランジション構造であって、ダクトおよび前記ダクトの下流端から突出するフランジを含むトランジションピースと、前記ダクトを囲繞するピースカバーと、を備え、前記ピースカバーは、前記タービンとの間に前記フランジを挟持した状態で、ボルトにより前記タービンに固定されるボスを含む、ことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、トランジションピースとピースカバーとが共通のボルトによってタービンに固定されるので、組立作業を簡略化することができる。
【００１０】
前記ボスは、前記フランジを超えて前記タービンに当接してもよい。この構成によれば、トランジションピースのフランジの高さをボルトに到達しない程度に低くすることができ、フランジを小型化できる。しかも、フランジがボスに覆われるため、圧縮機から吐出される圧縮空気がフランジへ吹き付けられることが抑制される。その結果、圧縮空気によるフランジの冷却が抑制され、フランジの根本部分に発生する熱応力を低減することができる。
【００１１】
前記タービンは、ノズルフランジを有するタービンノズルと、前記ノズルフランジを支持するノズルサポートと、前記ノズルフランジと前記トランジションピースのフランジとの間に介在してそれらと面接触するとともに前記ノズルサポートと前記ボスとの間に介在してそれらと面接触する、前記タービンの軸心を中心とするリング状のアダプタと、を含んでもよい。この構成によれば、アダプタの両側で高いシール性を得ることができる。
【００１２】
前記ボルトは、前記ノズルサポートおよび前記アダプタを貫通していてもよい。この構成によれば、ボルトの軸力をアダプタとトランジションピースのフランジおよびボスとの間およびアダプタとノズルフランジおよびノズルサポートとの間に作用させることができ、アダプタの両側でさらに高いシール性を得ることができる。
【００１３】
前記トランジションピースのフランジは、前記ダクトの円弧状出口よりも上流側に位置しており、前記アダプタは、前記ダクトにおける前記円弧状出口の外径側または内径側に位置する円弧壁と対向しており、前記アダプタには、当該アダプタを径方向に貫通する冷却穴が設けられていてもよい。この構成によれば、圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて、トランジションピースのフランジより下流側でもダクトを冷却することができる。
【００１４】
例えば、前記トランジションピースのフランジは、前記ダクトの下流端から前記円弧状出口の外径側に突出する外側フランジと前記ダクトの下流端から前記円弧状出口の内径側に突出する内側フランジの少なくとも一方であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トランジション構造の組立作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るトランジション構造の斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】トランジションピースの斜視図である。
【図４】ピースカバーの斜視図である。
【図５】変形例のトランジション構造の断面図である。
【図６】従来のトランジション構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１および図２に、本発明の一実施形態に係る、ガスタービンにおける燃焼器（図示せず）とタービン７の間のトランジション構造を示す。ガスタービンでは、圧縮機（図示せず）とタービン７の間に設けられた対流室内に圧縮機から圧縮空気が吐出される。圧縮機の周囲には、前記対流室から突出するように複数の燃焼器が設けられる。トランジション構造は、各燃焼器とタービン７との間に設けられる。換言すれば、トランジション構造の数は、燃焼器の数と同じである。
【００１８】
タービン７は、環状のガス流路７１を形成する複数段のタービンノズルを含む。図２では、複数段のタービンノズルのうちの最も上流側に配置される一段目のタービンノズル７０のみを描いている。
【００１９】
各トランジション構造は、対応する燃焼器と一段目のタービンノズル７０とを接続するトランジションピース１を含む。より詳しくは、トランジションピース１は、燃焼器の排出口とタービン７のガス流路７１とを連通するダクト２を含む。
【００２０】
トランジションピース１のダクト２は、ピースカバー５によって囲繞されており、燃焼器は、燃焼器カバーによって囲繞されている。トランジションピース１のダクト２とピースカバー５との間および燃焼器と燃焼器カバー（図示せず）との間には、空気通路５０が形成されている。ピースカバー５には、空気通路５０に圧縮ガスを導入するとともにインピンジ冷却によってダクト２を冷却するための多数の穴（図１および図４では、代表として３つのみ作図）が設けられている。
【００２１】
上述した対流室内に吐出された圧縮空気は、ピースカバーに設けられた多数の穴から空気通路５０へ導入され、燃焼器の空気取入口へと流れる。圧縮空気は、空気取入口から燃焼器の内部に取り入れられ、燃焼器内で燃料と混合された後にその混合気が燃焼されることによって燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、トランジションピース１のダクト２を通じて、燃焼器の排出口からタービン７のガス流路７１へと流れる。
【００２２】
タービン７は、一段目のタービンノズル７０の外側に、外側ノズルサポート８３および外側アダプタ８４を有するとともに、タービンノズル７０の内側に、内側ノズルサポート９３および内側アダプタ９４を有している。
【００２３】
タービン７の一段目のタービンノズル７０は、ガス流路７１を挟んで離間する外側シュラウド８１および内側シュラウド９１を含む。本実施形態では、タービンノズル７０が周方向に並ぶ複数のセグメントに分割されており、各セグメントにおいて外側シュラウド８１と内側シュラウド９１とが図略のストラットにより連結されている。
【００２４】
外側シュラウド８１の前端には、径方向外側に広がるノズルフランジ８２が設けられている。外側ノズルサポート８３は、ノズルフランジ８２に後方から面接触しており、ノズルフランジ８２を支持している。外側アダプタ８４は、ノズルフランジ８２および外側ノズルサポート８３の前方に配置された、タービン７の軸心を中心とするリング状の部材であり、ノズルフランジ８２および外側ノズルサポート８３と面接触している。
【００２５】
同様に、内側シュラウド９１の前端には、径方向内側に広がるノズルフランジ９２が設けられている。内側ノズルサポート９３は、ノズルフランジ９２に後方から面接触しており、ノズルフランジ９２を支持している。内側アダプタ９４は、ノズルフランジ９２および内側ノズルサポート９３の前方に配置された、タービン７の軸心を中心とするリング状の部材であり、ノズルフランジ９２および内側ノズルサポート９３と面接触している。
【００２６】
以下、１つのトランジション構造を代表して説明する。以下では、説明の便宜上、タービン７の軸方向の一方（燃焼ガスの流れの上流側）を前方、他方（燃焼ガスの流れの下流側）を後方という。
【００２７】
図１および図３に示すように、トランジションピース１のダクト２は、上流端２１に円形状入口２Ａを有し、下流端２２に円弧状出口２Ｂを有する。また、ダクト２には、下流端２２から円弧状出口２Ｂの外径側に突出する外側フランジ３と、下流端２２から円弧状出口２Ｂの内径側に突出する内側フランジ４が設けられている。
【００２８】
図２に示すように、ダクト２における円弧状出口２Ｂの外径側に位置する外側円弧壁２３は、一段目のタービンノズル７０の外側シュラウド８１と連続した壁面を構成しており、ダクト２における円弧状出口２Ｂの内径側に位置する内側円弧壁２４は、タービンノズル７０の内側シュラウド９１と連続した壁面を構成している。
【００２９】
上述した外側アダプタ８４は、外側フランジ３とノズルフランジ８２との間に介在しており、外側フランジ３とも面接触している。同様に、上述した内側アダプタ９４は、内側フランジ４とノズルフランジ９２との間に介在しており、内側フランジ４とも面接触している。
【００３０】
外側フランジ３の後面には、根本部分に、ダクト２の外側円弧壁２３に沿う溝３４が設けられている一方、外側アダプタ８４の前面には、内周縁部に、溝３４に嵌まり込む環状の突起８５が設けられている。同様に、内側フランジ４の後面には、根本部分に、ダクト２の内側円弧壁２４に沿う溝４４が設けられている一方、内側アダプタ９４の前面には、外周縁部に、溝４４に嵌まり込む環状の突起９５が設けられている。
【００３１】
外側フランジ３および内側フランジ４は、円弧状出口２Ｂよりも上流側に位置している。このため、外側アダプタ８４の内周面がダクト２の外側円弧壁２３と対向しているとともに、内側アダプタ９４の外周面がダクト２の内側円弧壁２４と対向している。
【００３２】
より詳しくは、外側フランジ３は、ダクト２の外側円弧壁２３に沿うリム３１と、リム３１の中央からさらに突出するラグ３２を有している。ラグ３２の中央には、位置決め穴３３が設けられている。位置決め穴３３には位置決めピン６１が挿入されており、この位置決めピン６１によって外側フランジ３の外側アダプタ８４に対する相対位置が決定されている。
【００３３】
同様に、内側フランジ４は、ダクト２の内側円弧壁２４に沿うリム４１と、リム４１の中央からさらに突出するラグ４２を有している。ラグ４２の中央には、位置決め穴４３が設けられている。位置決め穴４３には位置決めピン６２が挿入されており、この位置決めピン６２によって内側フランジ４の内側アダプタ９４に対する相対位置が決定されている。
【００３４】
ピースカバー５には、後端の中央に、ダクト２の円弧状出口２Ｂの外径側に突出する外側ボス５１および円弧状出口２Ｂの内径側に突出する内側ボス５３が設けられている。外側ボス５１は、タービン７との間にトランジションピース１の外側フランジ３を挟持しており、内側ボス５３は、タービン７との間にトランジションピース１の内側フランジ４を挟持している。
【００３５】
本実施形態では、図４に示すように、外側ボス５１が、外側フランジ３のラグ３２の前面および先端面を覆うように断面略Ｌ字状をなしているとともに、内側ボス５３が、内側フランジ４のラグ４２の前面および先端面を覆うように断面略Ｌ字状をなしている。
【００３６】
具体的に、外側ボス５１は、外側フランジ３のラグ３２と同程度の幅を有し、ラグ３２を超えて外側アダプタ８４に当接している。換言すれば、外側アダプタ８４は、外側ボス５１と外側ノズルサポート８３との間に介在しており、外側ボス５１とも面接触している。
【００３７】
同様に、内側ボス５３は、内側フランジ４のラグ４２と同程度の幅を有し、ラグ４２を超えて内側アダプタ９４に当接している。換言すれば、内側アダプタ９４は、内側ボス５３と内側ノズルサポート９３との間に介在しており、内側ボス５３とも面接触している。
【００３８】
外側ボス５１には、３つのネジ穴５２が設けられている。ただし、ネジ穴５２の数は、１つでも２つでもよい。ネジ穴５２には、ボルトＢが後方から外側ノズルサポート８３および外側アダプタ８４を貫通して螺合している。換言すれば、ピースカバー５は、タービン７との間に外側フランジ３を挟持した状態でボルトＢによりタービン７に固定されている。
【００３９】
同様に、内側ボス５３には、３つのネジ穴５４が設けられている。ただし、ネジ穴５４の数は、１つでも２つでもよい。ネジ穴５４には、ボルトＢが後方から内側ノズルサポート９３および内側アダプタ９４を貫通して螺合している。換言すれば、ピースカバー５は、タービン７との間に内側フランジ４を挟持した状態でボルトＢによりタービン７に固定されている。
【００４０】
さらに、本実施形態では、外側アダプタ８４に、当該外側アダプタ８４を径方向に貫通する冷却穴８６が設けられている。つまり、冷却穴８６は、上述した対流室内に吐出された、燃焼ガスに比べて低温の圧縮空気を、ダクト２の外側円弧壁２３に導く。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態のトランジション構造では、トランジションピース１とピースカバー５とが共通のボルトＢによってタービン７に固定されるので、組立作業を簡略化することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、外側ボス５１および内側ボス５３が外側フランジ３および内側フランジ４を超えてタービン７に当接しているので、外側フランジ３および内側フランジ４の高さをボルトＢに到達しない程度に低くすることができ、外側フランジ３および内側フランジ４を小型化できる。しかも、外側フランジ３のラグ３２が外側ボス５１に覆われるとともに内側フランジ４のラグ４２が内側ボス５３に覆われるため、圧縮機から対流室内に吐出される圧縮空気が外側フランジ３および内側フランジ４へ吹き付けられることが抑制される。その結果、圧縮空気による外側フランジ３および内側フランジ４の冷却が抑制され、外側フランジ３および内側フランジ４の根本部分に発生する熱応力を低減することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、外側アダプタ８４が前方では外側フランジ３および外側ボス５１と、後方ではノズルフランジ８２と外側ノズルサポート８３と面接触し、内側アダプタ９４が前方では内側フランジ４および内側ボス５３と、後方ではノズルフランジ９２と内側ノズルサポート９３と面接触しているので、外側アダプタ８４および内側アダプタ９４のそれぞれの両側で高いシール性を得ることができる。
【００４４】
しかも、ボルトＢが外側ノズルサポート８３および外側アダプタ８４を貫通しているので、ボルトＢの軸力を外側アダプタ８４と外側フランジ３および外側ボス５１との間および外側アダプタ８４とノズルフランジ８２および外側ノズルサポート８３との間に作用させることができ、外側アダプタ８４の両側でさらに高いシール性を得ることができる。同様に、ボルトＢが内側ノズルサポート９３および内側アダプタ９４を貫通しているので、ボルトＢの軸力を内側アダプタ９４と内側フランジ４および内側ボス５３との間および内側アダプタ９４とノズルフランジ９２および内側ノズルサポート９３との間に作用させることができ、内側アダプタ９４の両側でさらに高いシール性を得ることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、外側アダプタ８４に冷却穴８６が設けられているので、圧縮機から対流室内に吐出される圧縮空気を用いて、トランジションピース１の外側フランジ３より下流側でもダクト２を冷却することができる。
【００４６】
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００４７】
例えば、タービン７が外側アダプタ８４を含んでおらず、外側ノズルサポート８３が外側フランジ３および外側ボス５１と面接触するようにノズルフランジ８２を超えて張り出していてもよい。同様に、タービン７が内側アダプタ９４を含んでおらず、内側ノズルサポート９３が内側フランジ４および内側ボス５３と面接触するようにノズルフランジ９２を超えて張り出していてもよい。
【００４８】
また、ピースカバー５には、必ずしも外側ボス５１と内側ボス５３の双方が設けられている必要はなく、外側ボス５１と内側ボス５３のどちらか一方のみが設けられていてもよい。換言すれば、外側フランジ３と内側フランジ４のどちらか一方のみがボスとタービン７とに挟持されていてもよい。
【００４９】
例えば、ピースカバー５に内側ボス５３のみが設けられる場合は、タービンノズル７０の内側シュラウド９１のノズルフランジ９２にネジ穴が設けられ、ボルトＢが前方から内側ボス５３および内側アダプタ９４を貫通してネジ穴に螺合していてもよい。
【００５０】
また、外側ボス５１および内側ボス５３に、ネジ穴５２，５４の代わりに貫通穴が設けられており、外側ボス５１および内側ボス５３の前方にボルトＢと螺合するナットが配置されていてもよい。
【００５１】
また、冷却穴８６は、内側アダプタ９４を径方向に貫通するように内側アダプタ９４に設けられていてもよい。
【００５２】
また、外側ボス５１および内側ボス５３は、必ずしもタービン７に当接している必要はない。例えば、図５に示すように、外側フランジ３のラグ３２が大きくされ、外側ボス５１がラグ３２と平行な板状であってもよい。同様に、内側フランジ４のラグ４２が大きくされ、内側ボス５３がラグ４２と平行な板状であってもよい。
【００５３】
また、外側フランジ３のラグ３２を省略し、２つの外側ボス５１をピースカバー５の後端の両端部に設け、これらの外側ボス５１とタービン７とでリム３１の両端部を挟持してもよい。同様に、内側フランジ４のラグ４２を省略し、２つの内側ボス５３をピースカバー５の後端の両端部に設け、これらの内側ボス５３とタービン７とでリム４１の両端部を挟持してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１    トランジションピース
２    ダクト
２Ｂ  円弧状出口
２２  下流端
２３  外側円弧壁
２４  内側円弧壁
３    外側フランジ
４    内側フランジ
５    ピースカバー
５１，５３  ボス
５２，５４  ネジ穴
７    タービン
７０  タービンノズル
８２  ノズルフランジ
８３  外側ノズルサポート
８４  外側アダプタ
８６  冷却穴
９２  ノズルフランジ
９３  内側ノズルサポート
９４  内側アダプタ
Ｂ    ボルト
【図１】
0006625410.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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