(57)【要約】【課題】分割環の温度を抑えて、高温酸化による欠損を防止する。また、熱変形による分割環の歪みを低減する。【解決手段】隣り合う分割体３９を、シール板５３と接合面５４、５５とで２重に接合させる。分割体３９に、外周面３３から隣り合う分割体３９に向く各側縁５０、５１に貫通し、隣り合う分割体３９の側縁５０、５１に向けて空気を吹き出す吹出口６２、６４を有する第３の冷却通路５９、６０を形成する。また、分割体３９に、外周面３３から上流側の端面に貫通する第１の冷却通路と、外周面３３から下流側の端面に貫通する第２の冷却通路とを形成する。内周面５５と各側縁５０、５１の間にそれぞれ面取部５６、５７を設ける。外周面３３に、突起（起伏）４５と補強リブとを設ける。【選択図】　　　図４
2004100682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、
隣り合う前記分割体には、回転軸の軸方向に沿う溝が互いに向き合うようにして形成され、
該溝には、隣り合う前記分割体同士をつなぐシール板が挿入され、
さらに、隣り合う前記分割体には、前記シール板よりも内周側で前記軸方向及び前記周方向に幅を有して互いに当接し合う接合面がそれぞれ形成されていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項２】
周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、
前記分割体には、隣り合う前記分割体に向けて空気を吹き出す吹出口が設けられていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項３】
請求項２記載のガスタービンの分割環において、
前記吹出口が、隣り合う前記分割体間で回転軸の軸方向に交互に形成されていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項４】
周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、
隣り合う前記分割体に向く側縁と前記内周面との間に面取部が形成されていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項５】
周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、
前記分割体に、外周面から回転軸の軸方向一方の端面に貫通し、前記外周面側から供給される空気によって前記分割体を冷却する第１の冷却通路と、
前記外周面から前記軸方向他方の端面に貫通し、前記外周面側から供給される前記空気によって前記分割体を冷却する第２の冷却通路とが形成されていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項６】
周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、
前記分割体に、外周面から隣り合う前記分割体に向く側縁に貫通し、前記外周面側から供給される空気によって前記分割体を冷却する第３の冷却通路が形成されていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項７】
周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、
請求項１記載の溝及びシール板及び接合面、請求項２あるいは３記載の吹出口、請求項４記載の面取部、請求項５記載の第１の冷却通路及び第２の冷却通路、請求項６記載の第３の冷却通路のうち、少なくとも２つを備えていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、
前記分割体間の隙間が、ガスタービンの定格運転時に０ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、
前記分割体の薄肉部の厚みが、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、
前記分割体の外周面に、起伏が形成されていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、
前記分割体に、回転軸の軸方向に延在するように形成された複数のスリットを有する車室取付用フランジが設けられていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、
前記分割体の外周面に、補強リブが設けられていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、
分割環が、ニッケル合金から形成されていることを特徴とするガスタービンの分割環。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンにおいて動翼の外周側に配設される環状の分割環に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、ガスタービン（ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅ）におけるタービン（ｔｕｒｂｉｎｅ）の断面図である。タービン１は、燃焼器（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）で発生させた高温ガスを、矢印２の方向に供給し、各動翼（ｍｏｖｉｎｇ　ｂｌａｄｅ）３、４に吹き付けてこれら動翼３、４を回動させ、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。
【０００３】
各動翼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。これら動翼３、４は、回転軸の周方向に沿って複数枚が設けられており、上流側（図８において左側）から下流側に流れる高温ガスを受けて、プラットフォーム５と共に回動する。各動翼３、４の上流側には、静翼（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　ｂｌａｄｅ）６、７が配置されている。これら静翼６、７は、動翼３、４と同様に、回転軸の周方向に沿って複数枚が設けられている。また、各動翼３、４の外周側には、動翼３、４からほぼ一定の隙間ｆを空けて、分割環８が設けられている。この分割環８は、コバルト合金からなる複数の分割体８ａ（図１０参照）から構成されている。
【０００４】
図９は、タービン１の動翼３付近の断面図である。同図に示すように、翼環９（ｂｌａｄｅ　ｒｉｎｇ）には、分割環８（ｒｉｎｇ　ｓｅｇｍｅｎｔ）に向かって開口する流路１１が形成されている。また、翼環９には、遮熱環１０（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｒｉｎｇ）が取り付けられている。流路１１には、タービン１の外部に設けられた空気供給源から供給されるか、または圧縮機（図示省略）から抽出された空気が矢印１２に示す方向に流される。遮熱環１０には、インピンジメント板１３と分割環８と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、周面に流路１１から吹き出される空気を通すための冷却孔１４が複数設けられている。分割環８は、外周面１５の上流側及び下流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１０に取り付けられている。分割環８には、外周面１５の上流側からこの分割環８の内部を通り下流側の周方向に沿う端面に貫通する冷却通路１７が複数設けられている。
【０００５】
図１０は、分割環８を構成する分割体８ａの斜視図である。同図に示すように、各フランジ１６は周方向に沿って設けられている。これらフランジ１６間の外周面１５には、矩形状の凹部１９が設けられている。この凹部１９の上流側には、冷却通路１７の開口部１７ａが周方向に沿って複数設けられている。また、隣り合う分割体８ａに向く各側縁２０には、それぞれ溝２１が形成されている。分割体８ａの外周側には、インピンジメント板１３が配置されており、このインピンジメント板１３と分割体８ａの凹部１９とによってキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）２２が形成されている。
【０００６】
図１１は、分割環８の一部を回転軸の軸方向から断面視した図である。同図に示すように、隣り合う分割体８ａは、各側縁２０に形成された各溝２１間にシール板２３が挿入されることで周方向に接合され、全体として環状の分割環８を形成する。シール板２３は、各分割体８ａを接合させると共に、各分割体８ａの隙間ｅから空気及び高温ガスが漏れるのを防ぐ役割をしている。各分割体８ａの薄肉部の厚みは６ｍｍ程度とされている。ここでいう薄肉部の厚みとは、凹部１９の表面から分割環８の内周面２４までの距離（同図中の符号ｄ）のことである。各分割体８ａは、タービンの運転時に高温ガスに晒されるため、それぞれ周方向及び軸方向に熱膨張する。周方向への熱膨張による変化量を考慮して、各分割体８ａの間には、数ｍｍ程度の隙間ｅが設けられている。
【０００７】
次に、ガスタービンの運転時における、高温ガス及び空気の流れについて説明する。
高温ガスは、各動翼３、４を回動させながら矢印２に示す回転軸の軸方向に流れる。また、翼環９からは、分割環８ａを冷却するための空気が吹き出される。この空気は、矢印Ａに示す方向に流れ、インピンジメント板１３の冷却孔１４を通過してキャビティ２２に流れ込む。キャビティ２２に流れ込んだ空気は、分割環８の凹部１９に衝突して凹部１９から分割環８を冷却した後、矢印Ｂに示す方向に流れ、開口部１７ａより冷却通路１７に流れ込む。冷却通路１７に流れ込んだ空気は、分割環８の内部を冷却しながら冷却通路１７を下流側へ流れ、下流側の端面より高温ガス中に放出される。
なお、空気は、冷却通路１７から高温ガスが流入しないように、高温ガスよりも高い圧力で吹き出される。このように、空気が高温ガスよりも高い圧力で吹き出されると、シール板２３が空気と高温ガスとの圧力差によって溝２１の下面２５に押圧され、分割環８のシール効果が高められる。これにより、空気及び高温ガスの漏れによるガスタービンの駆動力損失が防止される。
なお、この種の従来のガスタービンの分割環としては、下記特許文献１にも開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２４７６２１号公報（第４頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気が適切な圧力で吹き出されないと、高温ガスが各分割体８ａ間の隙間ｅからシール板２３と溝２１との間に侵入し、内周面２４と側縁２０とに挟まれた縁部２６を、内周面２４、側縁２０、溝２１の下面２５の３面から加熱する。加熱された縁部２６は、局所的に高温となって、高温酸化を起こして欠損してしまう。また、空気が適切な圧力で吹き出されている場合でも、縁部２６は、内周面２４を流れる高温ガスと各分割体８ａ間の隙間ｅに入り込んだ高温ガスとの両方から加熱されるため、高温酸化し易く、欠損する恐れがある。さらに、シール板２３も、その下面が高温ガスに直接晒されるため、熱変形を起こす場合がある。
縁部２６またはシール板２３に欠損や損傷が生じると、各分割体８ａ間の隙間ｅから多量の空気が高温ガス側に流出する。また、空気が適切な圧力で吹き出されない場合では、高温ガスが隙間ｅを通って分割環８の外周側に流出する。このように、高温ガスまたは空気が漏れると、ガスタービンに駆動力損失が生じて、ガスタービンの性能が低下してしまう。
【００１０】
さらに、上記分割環８では、分割体８ａの周方向への熱膨張は隙間ｅによりある程度吸収されるが、軸方向への熱膨張は、各フランジ１６が翼環９に隙間なく取り付けられているために吸収されず、各フランジ１６間の分割環８の周面が動翼３、４側に突出するように歪んでしまう。
【００１１】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、空気による冷却効果が十分に得られ、且つガスタービンの駆動力損失を防ぐことのできる分割環を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のガスタービンの分割環は、周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、隣り合う分割体に、回転軸の軸方向に沿う溝が互いに向き合うようにして形成され、この溝に、隣り合う分割体同士をつなぐシール板が挿入され、さらに、隣り合う分割体に、シール板よりも内周側で軸方向及び周方向に幅を有して互いに当接し合う接合面がそれぞれ形成されていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、シール板の損傷箇所から空気が漏れ難くなる。また、隣り合う分割体がシール板と接合面とにより二重に接合され、さらに隣り合う分割体の間が迷路状となるため、各分割環の間を通って漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。したがって、空気及び高温ガスの漏れによるガスタービンの駆動力損失を防止することができる。
【００１３】
請求項２記載のガスタービンの分割環は、周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、各分割体に、隣り合う分割体に向けて空気を吹き出す吹出口が設けられていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、吹出口から吹き出される空気によって各分割体の間から高温ガスが追い出されるので、分割体の各側縁の加熱が抑えられて、側縁の高温酸化による欠損が起こり難くなる。したがって、隣り合う分割体の間を通って漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００１４】
請求項３記載のガスタービンの分割環は、請求項２記載のガスタービンの分割環において、吹出口が、隣り合う分割体間で回転軸の軸方向に交互に形成されていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、各吹出口から吹き出される空気同士が衝突することがなく、空気が円滑に吹き出されるので、隣り合う分割体の間から確実に高温ガスを追い出すことができる。
【００１５】
請求項４記載のガスタービンの分割環は、周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、隣り合う分割体に向く側縁と内周面との間に面取部が形成されていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、側縁から内面にかけての対流冷却効果の小さい縁部（角部）がなくなるためメタル温度が抑えられる。したがって、縁部が、高温酸化による欠損を起こし難くなる。
【００１６】
請求項５記載のガスタービンの分割環は、周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、分割体に、外周面から回転軸の軸方向一方の端面に貫通し、外周面側から供給される空気によって分割体を冷却する第１の冷却通路と、外周面から軸方向他方の端面に貫通し、外周面側から供給される空気によって分割体を冷却する第２の冷却通路とが形成されていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、各冷却通路を流れる空気により、分割環が軸方向両側から冷却される。また、外周面に吹き付けられた空気が、外周面を上流側と下流側とに流れるようになるので、空気と外周面との熱交換が促進され、分割環の外周面が効果的に冷却される。したがって、分割環の温度勾配が緩やかになり、分割環の熱変形による歪みが低減される。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。
【００１７】
請求項６記載のガスタービンの分割環は、周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、分割体に、外周面から隣り合う分割体に向く側縁に貫通し、外周面側から供給される空気によって分割体を冷却する第３の冷却通路が形成されていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、分割体の側縁が第３の冷却通路を通る空気によって冷却されるので、分割環の側縁側と外周側との温度差が小さくなり、分割環の歪みが少なくなる。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。また、分割体の各側縁から吹き出される空気によって各分割体の間から高温ガスが追い出されるので、側縁の温度が抑えられる。したがって、側縁と内周面とに挟まれる縁部の高温酸化による欠損が起こり難くなり、隣り合う分割体の間を通って漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００１８】
請求項７記載のガスタービンの分割環は、周方向に配設されて環状をなす複数の分割体からなり、内周面が動翼の先端から一定の距離を保つようにして車室内に配設されるガスタービンの分割環であって、請求項１記載の溝及びシール板及び接合面、請求項２あるいは３記載の吹出口、請求項４記載の面取部、請求項５記載の第１の冷却通路及び第２の冷却通路、請求項６記載の第３の冷却通路のうち、少なくとも２つを備えていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、請求項１〜５のうち、少なくとも２項と同様の作用を得るので、分割環の歪みがさらに抑えられる。したがって、分割環と動翼との接触が回避される。また、空気と高温ガスとの各漏れ量が少なくなるので、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００１９】
請求項８記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜７のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体間の隙間が、ガスタービンの定格運転時に０ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、分割体間の隙間が狭くなることによって隙間に入り込む高温ガスの流量が少なくなるので、分割体の側縁の加熱が抑えられ、側縁と内周面とに挟まれる縁部の高温酸化による欠損が生じ難くなる。したがって、各分割体間の隙間から漏れる空気と高温ガスとの各流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００２０】
請求項９記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜８のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体の薄肉部の厚みが、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、分割環の内周側と外周側との温度差が小さくなるので、分割環の内周側と外周側との熱変形量の差による歪みが少なくなる。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。
【００２１】
請求項１０記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜９のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体の外周面に、起伏が形成されていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、外周面に起伏を形成することによって、外周面の伝熱面積が拡大され、各分割体と空気との熱交換が効果的に行われる。また、起伏によって外周面を流れる空気が乱流となるので、空気と外周面との熱交換が促進される。したがって、分割環の温度が抑えられ、分割環の熱変形量が少なくなり、分割環の歪みが低減される。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。
【００２２】
請求項１１記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜１０のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体に、回転軸の軸方向に延在するように形成された複数のスリットを有する車室取付用フランジが設けられていることを特徴としている。
【００２３】
請求項１２記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜１１のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体の外周面に、補強リブが設けられていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、分割体の剛性が補強リブにより高められているので、分割環の熱変形が抑えられる。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。
【００２４】
請求項１３記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜１２のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割環がニッケル合金から形成されていることを特徴としている。
このガスタービンの分割環では、分割環がニッケル合金から形成されているので、分割環の疲労強度が向上すると共に、分割環が高温酸化され難くなる。したがって、分割環の高温酸化による欠損が防止され、各分割体の間から漏れる空気及び高温ガスの各流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例に係るガスタービン（ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅ）の分割環を、図１〜図７を参照しながら説明する。なお、従来と同じ構成要素については、同符号を付して、その説明を省略する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るガスタービンの分割環３０の断面図である。この分割環３０は、ニッケル合金から形成されている。分割環３０は、高温ガスの上流側に設けられたフランジ３１と、下流側に設けられたフランジ３２とによって、遮熱環１０に取り付けられている。分割環３０には、上流側の外周面３３から上流側の端面３４に貫通する第１の冷却通路３５と、下流側の外周面３３から下流側の端面３６に貫通する第２の冷却通路３７とが設けられている。外周面３３から第１の冷却通路３５に流れ込んだ空気は、上流方向に向かって流れ、上流側の端面３４から高温ガス中に放出される。外周面３３から第２の冷却通路３７に流れ込んだ空気は、下流側に向かって流れ、下流側の端面３６から放出される。
また、分割環３０と遮熱環１０との間には、下流側と上流側とのそれぞれに、断面視Ｅ字型のシール材３８が設けられている。このシール材３８は、分割環３０と遮熱環１０との間から高温ガス及び空気が漏れるのを防止するためのものである。
【００２７】
図２は、分割環３０を構成する分割体３９の斜視図である。同図において、右手前が高温ガスの上流側、左奥が下流側である。図３は、図２の分割体３９を反対側（矢印Ｙに示す方向）から見た斜視図であり、同図においては、右前方が下流側、左奥が上流側である。
これら図２、３に示すように、各フランジ３１、３２には、軸方向に延びるＵ字型のスリット４０がそれぞれ２箇所に形成されている。また、各フランジ３１、３２の周方向の両端は、スリット４０が形成された箇所とほぼ同じ高さになっている。外周面３３には、互いに対向するフランジ３１、３２の各端をつなぐように、軸方向に沿って凸４１がそれぞれ形成されている。これら凸部４１とフランジ３１、３２とで囲まれた外周面３３には、格子状の補強リブ４２が設けられている。この補強リブ４２は、周方向に延びる３本の周方向リブ４３と、軸方向に延びる３本の軸方向リブ４４とから構成されている。また、各凸部４１と各フランジ３１、３２とで囲まれた外周面３３には、小さな突起４５が多数設けられている。これにより、外周面３３の伝熱面積（ｈｅａｔｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ）が拡大される。
【００２８】
図２中の符号４６は、上流側の端面３４に設けられた第１の冷却通路３５の吹出口である。この吹出口４６は、上流側の端面３４に周方向に等間隔を空けて複数設けられている。第１の冷却通路３５の吸込口４７は、図３に示すように、上流側のフランジ３１の下流側に向く壁面下方に位置して、周方向に等間隔を空けて複数設けられている。第２の冷却通路３７の吹出口４８は、図３に示すように、下流側の端面３６に沿って周方向に等間隔を空けて設けられている。第２の冷却通路の吸込口４９は、図２に示すように、外周面３３の下流側において、下流側のフランジ３２の壁面近くに周方向に等間隔を空けて複数設けられている。
【００２９】
隣り合う分割体に向く分割体３９の各側縁５０、５１には、それぞれ軸方向に沿って溝５０ａ、５１ａが形成されている。これら溝５０ａ、５１ａには、隣り合う分割体をつなぐシール板が挿入される。（隣り合う分割環とシール板とは、共に図４に示す。）
図２、３に示すように、分割体３９の各側縁５０、５１は、互いに異なる形状をしている。各分割体３９が周方向に接合されると、一方の側縁５０は、隣接する分割体の側縁５１と向かい合い、他方の側縁５１は、隣接する分割体の側縁５０と向かい合うようになっている。
【００３０】
図４は、分割体３９間の接合部を、回転軸の軸方向周から断面視した図である。同図に示すように、一方の側縁５０に形成された溝５０ａと、他方の側縁５１に形成された溝５１ａとは、互いに向かい合うように形成されている。これら溝５０ａ、５１ａには、分割体３９をつなぐシール板５３が挿入される。側縁５０は、シール板５２より内周側が、他方の分割体３９の側縁５１に向けて突き出した凸状となっている。側縁５１は、シール板５３より内周側が凹状にとなっている。そして、これら凸状の側縁５０と凹状の側縁５１とを合わせることで、隣り合う分割体３９に、シール板５３よりも内周側で、軸方向及び周方向に幅を有して互いに当接し合う接合面５４、５５が形成される。
【００３１】
側縁５０と内周面５５との間、及び側縁５１と内周面５５との間には、それぞれ面取部５６、５７が形成されている。各フランジ３１、３２に挟まれ、且つ突起４５が設けられていない外周面３３から内周面５５までの厚み（薄肉部の厚み）ｈは、１ｍｍ以上４ｍｍ以下とされている。内周面５５及び各面取部５６、５７には、遮熱コーティング（以下、ＴＢＣ：Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｃｏａｔｉｎｇと称す）５８が施されている。このＴＢＣ５８は、内周面５５と各面取部５６、５７とを高温ガスから保護し、これらが高温酸化するのを防ぐ働きをする。
【００３２】
分割体３９には、外周面３３から各面取部５６、５７に貫通する第３の冷却通路５９、６０がそれぞれ形成されている。一方の側縁５０側に形成された第３の冷却通路５９は、その吸込口６１が、図２に示すように、外周面３３と側縁５０側の凸部４１との境目に沿って設けられ、吹出口６２が、図３及び図５（ａ）に示すように、軸方向に等間隔を空けて複数設けられている。吹出口６２から吹き出される冷却空気は、対向する面取部５７に向けて吹き出される。他方の側縁５１側に形成された第３の冷却通路６０は、その吸込口６３が、図３に示すように、外周面３３と側縁５１側の凸部４１との境目に沿って設けられ、吹出口６４が図２及び図５（ｂ）に示すように、回転軸の軸方向に沿って複数設けられている。吹出口６４から吹き出される空気は、対向する面取部５６に向けて吹き出される。
【００３３】
分割体３９，３９間の隙間ｇは、ガスタービンの定格運転時に０ｍｍ以上１ｍｍ以下となっている。また、各吹出口６２、６４は、側縁５０と側縁５１とが互いに突き合わされた際、図６に示すように、軸方向に互い違いになるように形成されている。このようにすると、各吹出口６２、６４から吹き出される空気が互いに衝突することがなく、空気が円滑に吹き出される。
なお、面取部５６、５７に施されたＴＢＣ５８には、各吹出口６２、６４の形成箇所に孔部が設けられている。
【００３４】
図７は、分割体３９に形成された第１の冷却通路３５、第２の冷却通路３７、第３の冷却通路５９、６０の各冷却通路の形成方向に沿う断面図である。同図に示すように、第１の冷却通路３４は、周方向に等間隔を空けて１６本設けられている。第２の冷却通路３７は、周方向に等間隔を空けて３２本設けられている。側縁５１側に形成された第３の冷却通路６０は、１６本が設けられている。側縁５０側に形成された第３の冷却通路５９は、吸込口６１が８個、吹出口６２が３２個設けられており、吸込口６１に向かう流路と吹出口６２に向かう流路とが、軸方向に延びる分配路６４によってつながれている。したがって、各吸込口６１から流入した空気は、軸方向に延びる分配路６５に集められた後、この分配路６５から各吹出口６２に向かう流路に分かれる。これにより、分割体の上下流側まで満遍なく冷却できる。
【００３５】
次に、ガスタービンの運転時における、空気の流れについて説明する。
翼環（ｂｌａｄｅ　ｒｉｎｇ）９から供給された空気は、分割環３０の外周面３３に吹き付けられる。吹き付けられた空気は、この外周面３３を上下流側及び周方向両側に向かって流れながら、外周面３３を冷却する。このとき、空気は、外周面３３に設けられた突起４５によって乱流となるため、冷却が効率的に行われる。
外周面３３を上流側に向かって流れた空気は、矢印Ｄに示す方向から第１の冷却通路３５の吸込口４７に流入し、分割体３９を冷却しながら上流側に向かって流れ、上流側の端面３４に設けられた吹出口４６から矢印Ｅに示す方向に吹き出される。外周面３３を下流側に向かって流れた空気は、矢印Ｆに示す方向から第２の冷却通路３７の吸込口４９に流入し、分割環３０を冷却しながら下流側に流れ、下流側の端面３６に設けられた吹出口４８から矢印Ｇに示す方向に吹き出される。
【００３６】
外周面３３を側縁５０側に流れた空気は、吸込口６１から第３の冷却通路５９に流入し、分割体３９を冷却しながら周方向に流れ、面取部５６に設けられた吹出口６２から対向する面取部５７（矢印Ｈに示す方向）に向けて吹き出される。外周面３３を側縁５１側に流れた空気は、吸込口６３から第３の冷却通路６０に流入し、分割体３９を冷却しながら周方向に流れ、面取部５７に設けられた各吹出口６４から対向する面取部５６（矢印Ｉに示す方向）に向けて吹き出される。これら吹出口６２、６４から吹き出された空気は、隙間ｇに入流しようとする高温ガスを内周側に追い出す。
【００３７】
上記分割環３０によれば、隣り合う分割体３９がシール板５３と接合面５４、５５とにより二重に接合され、さらに、隣り合う分割体３９の間が迷路状となるため、各分割体３９の間から漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。また、シール板５３の下面は、直接高温ガスに晒されないので、シール板５３が損傷しない。また、従来では局所的に高温となる各側縁５０、５１と内周面５５との縁部は、面取部５６、５７とされているため、熱抵抗が小さくなり温度が抑えられる。また、各分割体の隙間（吹出口６２、６４間の隙間）ｇは、従来と比べて狭くなっており、隙間ｇに入り込む高温ガスの流量が少なくなる。さらに、隙間ｇには、各面取部５６、５７に設けられた吹出口６２、６４から空気が吹き出されるので、高温ガスが隙間ｇから追い出される。しかも、対向する吹出口６２、６４は、軸方向に交互に設けられているので、吹き出される空気同士が衝突することがなく、空気が円滑に吹き出され、高温ガスが確実に隙間ｇから追い出される。したがって、面取部５６、５７の加熱が抑えられ、これら面取部５６、５７の欠損が防止される。また、上記分割環３０は、ニッケル合金から形成されているため、分割環３０の高温酸化が防止され、分割環３０の欠損が生じ難い。これにより、各分割体３９の間を通って漏れる空気と高温ガスの流量が低減され、ガスタービンの駆動力損失が抑えられる。
【００３８】
また、上記分割環３０では、外周面３３側から供給される空気が、第１の冷却通路３５と、第２の冷却通路３６とを通って、上下流両側から吹き出される。したがって、空気が外周面３３上を円滑に流れ、空気による外周面３３の冷却効果が高められる。この効果は、ＴＡＹＬＯＲ＆ＦＲＡＮＣＩＳ社から出版されている「ＧＡＳ　ＴＵＲＢＩＮ　ＨＥＡＴ　ＴＲＡＮＳＦＥＲ　ＡＮＤ　ＣＯＯＬＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ」にも示されている。さらに、外周面３３には、小さな突起４５が多数設けられているので、外周面３３の伝熱面積が拡大される。また、突起４５によって空気の流れが乱流となり、空気と外周面３３との熱交換が促進される。したがって、外周面３３が良く冷却されるようになる。
【００３９】
この分割環３０では、冷却される外周面３３から内周面５５までの厚さ（薄肉部の厚さ）ｈが、従来と比べて薄くなっているので、内周面５５側まで良く冷却され、分割環３０の内周側と外周側との温度差が小さくなる。また、分割環３０は、空気が吹き付けられない外周面３３の周部が、第１、第２及び第３の冷却通路３４、３６、５９、６０を流れる空気によって冷却されるので、分割体３９の中央側と周部側との温度差が小さくなる。したがって、分割体３９の各部分の熱膨張量の差が低減される。
さらに、上記分割環３０では、各分割体３９の剛性が補強リブ４４によって高められているので、分割環３０の熱変形が抑えられる。
【００４０】
このように、本分割環３０では、ガスタービンの駆動力損失を抑えるとともに、分割環３０と動翼３、４との接触を回避して、ガスタービンの性能が低下するのを防止することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のガスタービンの分割環によれば、下記の効果を得ることができる。
請求項１記載のガスタービンの分割環は、隣り合う分割体に、回転軸の軸方向に沿う溝が互いに向き合うようにして形成され、この溝に、隣り合う分割体同士をつなぐシール板が挿入され、さらに、隣り合う分割体に、シール板よりも内周側で軸方向及び周方向に幅を有して互いに当接し合う接合面がそれぞれ形成されている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、シール板の下面が直接高温ガスに晒されないので、シール板の損傷が起こらなくなり、シール板の損傷箇所から空気が漏れなくなる。また、隣り合う分割体がシール板と接合面とにより二重に接合され、さらに、隣り合う分割体の間が迷路状となるため、各分割体の間を通って漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。したがって、空気及び高温ガスの漏れによるガスタービンの駆動力損失を防止することができる。
【００４２】
請求項２記載のガスタービンの分割環は、分割体に、隣り合う分割体に向けて空気を吹き出す吹出口が設けられている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、吹出口からの空気によって隣り合う分割体の間から高温ガスが追い出されるので、分割体の側縁の加熱が抑えられて、側縁の高温酸化による欠損が起こり難くなる。したがって、各分割体間の隙間を通って漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００４３】
請求項３記載のガスタービンの分割環は、請求項２記載のガスタービンの分割環において、吹出口が、隣り合う分割体間で回転軸の軸方向に交互に形成されている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、各吹出口から吹き出される空気同士が衝突することがなく、空気が円滑に吹き出されるので、隣り合う分割体間の間から確実に高温ガスを追い出すことができる。
【００４４】
請求項４記載のガスタービンの分割環は、隣り合う分割体に向く側縁と内周面との間に面取部が形成されている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、側縁から内面にかけての温度が抑えられる。したがって、縁部が高温酸化による欠損を起こし難くなり、各分割体の間を通って漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００４５】
請求項５記載のガスタービンの分割環は、分割体に、外周面から回転軸の軸方向一方の端面に貫通し、外周面側から供給される空気によって分割体を冷却する第１の冷却通路と、外周面から軸方向他方の端面に貫通し、外周面側から供給される空気によって分割体を冷却する第２の冷却通路とが形成されている構造を採用した。
【００４６】
請求項６記載のガスタービンの分割環は、分割体に、外周面から隣り合う分割体に向く側縁に貫通し、外周面側から供給される空気によって分割体を冷却する第３の冷却通路が形成されている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、分割体の側縁が第３の冷却通路を通る空気によって冷却されるので、分割環の側縁と外周側との温度差が小さくなり、分割環の歪みが少なくなる。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。また、分割体の各側縁から吹き出される空気によって各分割体の間から高温ガスが追い出されるので、側縁の温度が抑えられる。したがって、側縁と内周面とに挟まれる縁部の高温酸化による欠損が起こり難くなり、各分割体の間を通って漏れる空気及び高温ガスの流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００４７】
請求項７記載のガスタービンの分割環は、請求項１に記載の溝及びシール板及び接合面、請求項２あるいは３記載の吹出口、請求項４記載の面取部、請求項５記載の第１の冷却通路及び第２の冷却通路、請求項６記載の第３の冷却通路のうち、少なくとも２つを備えている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、請求項１〜５のうち、少なくとも２項と同様の作用を得るので、分割環の歪みがさらに抑えられる。したがって、分割環と動翼との接触が回避される。また、空気と高温ガスの各漏れ量が少なくなるので、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００４８】
請求項８記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜７のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体の隙間を、ガスタービンの定格運転時に０ｍｍ以上１ｍｍ以下とした。
このガスタービンの分割環によれば、隣り合う分割体間の隙間が狭くなることによって隙間に入り込む高温ガスの流量が少なくなるので、分割体の側縁の加熱が抑えられ、側縁と内周面とに挟まれる縁部の高温酸化による欠損が生じ難くなる。したがって、各分割体の間から漏れる空気及び高温ガスの各流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【００４９】
請求項９記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜８のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体の薄肉部の厚みを、１ｍｍ以上４ｍｍ以下とした。
このガスタービンの分割環によれば、各分割環が薄肉化されているため、内周側まで良く冷却されるようになり、内周側と外周側との温度差が小さくなる。したがって、分割環の内周側と外周側との熱変形量の差による歪みが少なくなる。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。
【００５０】
請求項１０記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜９のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体の外周面に、起伏が形成されている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、外周面に起伏を形成されているので、外周面の伝熱面積が拡大され、各分割体と空気との熱交換が効果的に行われる。また、起伏によって外周面を流れる空気が乱流となるので、空気と外周面との熱交換が促進される。したがって、分割環の温度が抑えられ、分割環の熱変形量が少なくなり、分割環の歪みが低減される。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。
【００５１】
請求項１１記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜１０のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体に、回転軸の軸方向に延在するように形成された複数のスリットを有する車室取付用フランジが設けられている構造を採用した。
【００５２】
請求項１２記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜１１のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割体の外周面に、補強リブが設けられている構造を採用した。
このガスタービンの分割環によれば、分割体の剛性が補強リブにより高められているので、分割環の熱変形が抑えられる。これにより、分割環と動翼との接触を回避することができる。
【００５３】
請求項１３記載のガスタービンの分割環は、請求項１〜１２のいずれか１項記載のガスタービンの分割環において、分割環をニッケル合金から形成した。
このガスタービンの分割環によれば、分割環の疲労強度が向上すると共に、分割環が高温酸化され難くなる。したがって、分割環の高温酸化による欠損が防止され、外周側に漏れる流体の流量、及び内周側に漏れる空気の流量が少なくなる。これにより、ガスタービンの駆動力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービンの分割環を回転軸の軸線と直交する方向から断面視した図である。
【図２】同実施形態のガスタービンの分割環を構成する分割体の斜視図である。
【図３】同実施形態のガスタービンの分割環を構成する分割体の斜視図である。
【図４】同実施形態のガスタービンの分割環を回転軸の軸方向から断面視した図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、共に、同実施形態のガスタービンの分割環を構成する分割体の側面図である。
【図６】同実施形態のガスタービンの分割環を構成する分割体の側面図である。
【図７】同実施形態のガスタービンの分割環に形成された各冷却通路の形成方向に沿う断面図である。
【図８】ガスタービンにおけるタービンを説明するためのタービンの断面図である。
【図９】従来の分割環の断面図である。
【図１０】従来の分割環を構成する分割体の斜視図である。
【図１１】従来の分割環を回転軸の軸方向から断面視した図である。
【符号の説明】
３、４　動翼
９　翼環
３０　分割環
３１、３２　フランジ（車室取付用フランジ）
３３　外周面
３４、３６　端面
３５　第１の冷却通路
３７　第２の冷却通路
３９　分割体
４０　スリット
４４　補強リブ
４５　突起（起伏）
５０、５１　側縁
５０ａ、５１ａ　溝
５３　シール板
５４、５５　接合面
５５　内周面
５６、５７　面取部
５９、６０　第３の冷却通路
６２、６４　吹出口
ｇ　隙間
ｈ　薄肉部の厚み
【図１】
2004100682.tif 000003
【図２】
2004100682.tif 000004
【図３】
2004100682.tif 000005
【図４】
2004100682.tif 000006
【図５】
2004100682.tif 000007
【図６】
2004100682.tif 000008
【図７】
2004100682.tif 000009
【図８】
2004100682.tif 000010
【図９】
2004100682.tif 000011
【図１０】
2004100682.tif 000012
【図１１】
2004100682.tif 000013